Instalatia de desalinizare [630001]

Tema speciala
Instalatia de desalinizare
a apei de mare prin distilare.
Calculul distilatorului de tip NIREX
la o nava de 65.000 tdw

1. Destinatie. Cerinte generale.
Norme de registru.
Cerinte impuse instalatiilor navale

Destinatie. Cerinte generale. Norme de registru

Instalatiile de distilare sunt folosi te la bordul navelo r pentru a produce
apa distilata cu puritate superioara din apa marii. Ele sunt folosite si pentru
a produce apa distilata din surse de apa netratata cu puritate insuficienta sau
indoielnica. Capacitatea instalatiilo r marine de evaporare variaza de la
cateva mii de galoane la o suta de mii de galoane pe zi sau mai mult,
depinde de marimea si scopul navei (1 ga lon = 3,7854 litri).
Apa distilata este necesara pentru a furniza apa de puritate superioara
pentru cazane si apa potabila pentru baut , gatit, spalat vasele, curatire, spital
si spalatorie. Capacitatea suplimentara este deseori cuprinsa pentru a face
posibila functionarea sistemel or sanitare cu apa dulce.
Instructiunile standard ale fl otei maritime si instructiunile
Administratiei Marine ale S.U.A. solici ta o puritate a apei distilate mai mica
de 0,0065 parti echivalent e per milion de cloruri. Aceasta este egala cu 1/4
dintr-o granula de sare marina per ga lon sau aproape 4,3 ppm solide totale
dizolvate. Cele mai mult e instalatii de distilar e marine pot produce apa
distilata intre aceste limite.
Instructiunile pentru navele mari time nucleare necesita o puritate a
apei distilate de 1/2 din cea a instructiunilor normale sau 1/8 granule de sare
per galon.
Testele asupra instalatiei de distila re marine demonstreaza ca aparatele
sunt capabile sa produca ap a care sa contina mai putin de 1/2 ppm solide
totale distilate, cu determinari ale puritatii facute cu ajutorul metodei
atomilor marcati de sodiu si a unui spectrometru cu flacara.
Cand se opereaza in apa normala de mare cu 35000 ppm solide,
instalatia de distilare tre buie sa functioneze cel putin 90 de zile la capacitate
nominala fara intreruperi pentru curatir e. Depinzand de proiectul specific,
acest lucru se poate realiza cu sau fara tratamentul de al imentare chimica.
Existenta unor astfel de perioade de functionare prelungite, fara
intrerupere pentru curatire este o condi tie atat a instruciunilor standard ale
flotei militare, cat si a instruciunilor flotei comerciale pentru instalatia de
distilare de la bordul navelor.

Desalinizarea prin distila re presupune incalzirea apei de mare in jurul
punctului de fierbere, marind energia ci netica a moleculelor libere de apa,
astfel incat acestea parasesc suprafat a de separatie, devenind vapori. La
instalatiile de desalinizare prin dist ilare, care realizeaza o separatie buna a
vaporilor, se pot realiza concentratii da saruri de apa de pana la 2 ppm.
Eficienta procedeelor de desalinizare a apei de mare poate fi analizata
prin prisma consumului de energie pe tona de apa desalinizata. Din acest
punct de vedere, cele mai economice procedee sunt acelea care realizeaza
desalinizarea fara a schimba starea de agregare a apei.
Astfel, ultrafiltrarea necesita co nsumuri specifice de 5-6 Kwh/m3,
electrodializa 20-26 Kwh/m3, desalinizarea apei prin inghetare 20-40
Kwh/m3, functie de temperatura apei exterioare, consumul maxim
corespunzand temperaturii apei de peste bord de 28-300, iar desalinizarea
apei prin distilare necesita c onsumuri specifice de cca 80 Kwh/m3, cand
pentru incalzire se utilizeaza aburul lucr at in instalatia de forta a navei, in
mars si de 700-800 Kwh/m3, in stationare, cand se utilizeaza abur de la
caldarine.
Calitatea apei desalinizat e obtinuta prin ultrafi ltrare si inghetare nu
coboara sub 500 ppm, iar la electroliza salinitatea mi nima este de 300 ppm.
Valori mai reduse ale salinitatii se pot obtine prin desa linizarea succesiva in
mai multe trepte, insa acea sta duce la marirea consum ului de energie si la
complicarea instalatiilor.
La desalinizarea prin distilare se poate obtine o salinitate a apei de
pana la 0,05 mg/l, adica 0,05 ppm. Din aceasta cauza, pentru a realiza apa
potabila si tehnica la bord, se poate aplica oricare din procedeele de
desalinizare, insa pentru apa necesara cazanelor se recomanda desalinizarea
prin distilare.
Gabaritele si greutatile instalatiilor termice de desalinizare sunt date
de dimensiunile schimbatoarelor de caldura, iar a celor cu membrana de
suprafata care trebuie sa asigure deb itul de apa desalinazata. Cele mai
reduse gabarite si greutati le au instalatiile de desa linizare prin ultrafiltrare
si distilare.
Din punct de vedere al fiabilitati i si cheltuielilor de exploatare,
instalatiile de desalinizare prin dist ilare sunt net superioare celor cu
membrane si celor prin inghetare, da torita simplitatii lor constructive.
Din cele prezentate pana aici rezulta ca utili zarea procedeelor de
desalinizare pe nava se va face dife rentiat. La navele cu consumurile
energetice controlate riguros si cu n ecesitati mari de apa potabila si tehnica
sunt indicate desalinizatoarele cu membrana, iar la navele la care
necesitatile de apa desalinizata sunt mai mici, se utilizeaza instalatii de

distilare care folosesc energia reziduala cu temperaturi scazute din circuitul
de racire al motoarelor (60-800C) sau energia aburul ui care a lucrat in
instalatiile sau masinile navei.

Cerinte impuse instalatiilor navale

Cerintele pe care trebuie sa le inde plineasca instalatiile de bord pot fi
grupate in cerinte generale pe car e trebuie sa le indeplineasca toate
instalatiile de bord si cerinte partic ulare (de exemplu rezistenta la frig a
materialului, functionarea masinilor si , in cazul inundarii compartimentului,
comanda aceleiasi armaturi din mai mult e locuri, rezistenta la coroziune a
unui anumit agent de lucru etc.); acestea se vor anal iza odata cu instalatia
respectiva.
Dintre cerintele generale impuse in stalatiilor navale de bord se
mentioneaza:
ƒ economicitatea si siguranta de fu nctionare indelungata in conditii
normale de exploatare;
ƒ instalatiile de care depind e vitalitatea navei trebuie sa aiba vitalitatea lor
proprie, fiind capabile sa-si indeplineasca functiile si in cazul avarierii lor
partiale sau la iesirea din functiune a unor elemente separate ale lor;
ƒ elementele constructive ale instalatiil or trebuie sa fie standardizate sau
macar tipizate, iar numarul de tipodime nsiuni trebuie sa fie cat mai redus;
ƒ materialele folosite pentru confecti onarea si montarea instalatiilor trebuie
sa fie rezistente la coroziunea ma rina si a agentilor de lucru;
ƒ volumele ocupate de instalatii, precu m si masele lor trebuie sa fie
minime, cu conditia ca si costul sa fie redus;
ƒ amplasarea la bord a elementelor in stalatiilor trebuie sa excluda
posibilitatea deteriorarii lor mecanice datorita operatiilor de incarcare –
descarcare a marfurilor si sa pe rmita accesul personalului pentru
examinare si reparare; elementele constr uctive ale instalatiei trebuie sa se
incadreaza in arhitectura incaperilor pe care le deservesc sau pe care le
traverseaza;
ƒ functionarea instalatiilor trebuie sa respecte preveder ile conventiilor
internationale privind poluarea de catre nave a apei de mare;
ƒ instalatiile care participa la realizarea conditiilor de viata pentru oamenii
de la bord trebuie sa respecte preveder ile normelor sanitare internationale
(apa potabila, nivel acustic, frecven ta si amplitudine a vibratiilor);
ƒ toate instalatiile de la bord trebui e sa respecte preved erile registrului
naval sub supravegherea caruia se cons truieste sau se exploateaza nava;

ƒ functionarea instalatiilor trebuie sa fie mecanizata sau automatizata in
limite rezonabile, in functie de clasa navei;
ƒ masinile instalatiilor care functioneaza in medii explozibile trebuie sa nu
produca scantei care sa provo ace incendii la bordul navei;
ƒ corpul instalatiilor aflate pe punt ea deschisa trebuie sa fie etans la
valurile care spala punt ea in timpul navigatiei;
ƒ posibilitatea actionarii loca le si de la distanta;
ƒ simplitatea reglarii si st abilitate in functionare;
ƒ simplitatea deservir ii si intretinerii.

2. Tipuri de instalatii de
desalinizare prin distilare

Dupa principiul de functionare, instalatiile de desalinizare prin
distilare (distilatoarele) se impart in doua categorii:

ƒ distilatoare cu fierbator – la car e distilarea se face pe suprafata
fierbatorului;
ƒ distilatoare cu vaporizare pr in pulverizare (adiabatice).

Ca sursa termica pentru vaporizarea apei de mare, distilatoarele pot
folosi:
ƒ aburul luat de la caldari sau aburul care a lucrat in in stalatii (in acest caz
fierberea apei se face la presiunea atmosferica);
ƒ caldura reziduala la temp eraturi scazute sub 100
0C, din circuitul de racire
al motoarelor; la aceste instalatii, pe ntru a realiza fierberea apei trebuie
realizat vacuum in camera de fierbere;
ƒ energia termica obtinuta prin comp rimarea mecanica intr-un compresor
de vapori formati prin fi erberea apei de mare si utilizarea lor ca agent de
incalzire pentru distilator.

Dupa modul in care este utilizata en ergia in vederea incalzirii apei de
mare, deosebim:

ƒ distilatoare dintr-o singura treapta fara recuperarea energi ei distilatorului;
ƒ distilatoare cu mai multe trepte, care permit recuperarea energiei
distilatorului.

Din punct de vedere cons tructiv, distilatoarele se diferentiaza dupa
tipul schimbatoarelor de caldura. Ava nd in vedere posibi litatea depunerii de
saruri, constructia incalzitoarelor (fierb atoarelor) este ma i pretentioasa. Se
pot folosi schimbatoare t ubulare cu placi, fierbatoar e cu pelicula, precum si
alte tipuri care pot realiza coeficienti globali de transfer mari si permit
inlaturarea sarurilor depuse fara efor turi mari. Pentru condensare sunt
folosite condensoare tubula re de diferite forme, co ndensoare cu placi, sau se
utilizeaza condensarea pr in amestec. De asemen ea, forma camerei de
vaporizare a separatoarelor de picat uri (deflegmatoare) si dispunerea
schimbatoarelor de caldura constituie particularitati care diferentiaza
distilatoarele.
In instalatia de distilare cu vapo rizare prin suprafata libera intr-o
treapta, circuitul de incalzire este a limentat cu abur (i n cazul fierberii la
presiunea atmosferica) sa u in apa calda (la fier berea sub vacuum). Apa
sarata intra in camera de vaporizare, care preia apa de mare incalzita de la
condensorul instalatiei, sau de la al t schimbator de caldura similar, din
compartimentul masini. Vaporii obtin uti in camera de vaporizare sunt
separati de picaturi in deflegmatorul instalatiei, apoi in tra in condensor.
Condensatul este preluat de pompa si es te trimis in tancul de depozitare a
apei desalinizate.
Pentru mentinerea vacuumului in camera de vaporizare, in cazul
fierberii la temperatur i coborate, de 60-800C si pentru evacuarea aerului din
condensor, la instalatiile cu fierbere la presiunea atmosfer ica este utilizat
ejectorul, care poate fi alimentat cu a bur, in cazul instalatiilor de forta cu
abur, sau cu apa, daca propulsia se face cu motoare. In lo cul ejectorului se
poate folosi si o pompa de vacuum (cu inel da apa).
La instalatia de desalinizare prin di stilare in doua trepte, prima treapta
este cuplata la circuitul de incalzire, cu abur sau cu apa calda si alimentata
cu apa de mare preincalzita in condens or. Vaporii din prima treapta intra in
circuitul de incalzire al treptei a do ua unde se conden seaza, iar condensul
este trimis la pompa de distilat. Saramura, incalzita in prima treapta, trece in
treapta a doua unde, prin fierbere, se obtin vapor i de apa, trimisi la
condensator prin circuit, iar saramura ramasa este evacuata de pompa.
Ejectorul este utilizat pentru ment inerea vacuumului la fierberea la
temperaturi scazute, cat si pentru evacuarea aerului din condensor.
Distilatoarele adiabatice, la care distilarea se face prin pulverizarea
apei de mare supraincal zita intr-o camera de vaporizare, au schema
reprezentata, functionarea lor fiind urma toarea: apa de mare supraincalzita
in incalzitor la o temper atura ce depaseste cu 5-100C temperatura de
saturatie corespunzatoare presiunii din camera de va porizare, este introdusa

in dispozitivul din interiorul camerei de vaporizare. Datorita supraincalzirii,
o parte din apa de mare pulverizata se vaporizeaza, reducand temperatura
apei nevaporizate la valoarea temperaturii de saturatie. Aceste instalatii pot
lucra si fara recircularea saramurii, in sa consumul de energie depaseste cu
40-50% pe cel al distilatoarelo r cu suprafata de vaporizare.
De asemenea, pot fi utilizate dist ilatoare adiabatice cu fierbere la
presiune atmosferica (in cazul incalzirii apei de mare cu abur) sau cu
fierbere sub vacuum (daca incalzir ea se face cu apa din circuitul
motoarelor).
Pentru a mari eficienta utilizarii ca ldurii, sunt utili zate distilatoarele
adiabatice cu mai multe trepte. Daca se cupleaza mai multe distilatoare
adiabatice in serie, iar in fiecare treapta se realizeaza presiuni absolute din
ce in ce mai scazute, atunci apa de mare supraincalzita, pul verizata in prima
treapta, se vaporizeaza part ial 0,5-1,5%, apoi apa ra masa trece in a doua
treapta, unde presiunea este mai cobor ata si are loc o noua vaporizare,
procesul acesta continuand pana la ultima treapta.
In prezent, pe majoritatea navelor fl otei comerciale este utilizata,
pentru producerea apei tehnice, cal dura obtinuta din apa de racire a
cilindrilor motorului principal. Apa de racire a cilindrilor iese cu
temperatura de 60-700C, intra in vaporizatorul distilatorului, vaporizeaza o
parte din apa de mare, dupa care reintr a in circuitul inchis, de racire a
cilindrilor motorului principal. Vaporii produsi, dupa ce trec de separatorul
de picaturi, sunt condensati in conden sorul generatorului de apa tehnica.
Saramura rezultata in urma evaporarii pa rtiale a apei de mare este eliminata
peste bord cu ajutorul unui ejector. Apa tehnica produsa este vehiculata de
catre pompa circulatie condens (apa te hnica) catre tancul de depozitare.
Dezavantajul acestor generatoare de apa este posibilitatea de
producere a apei tehnice numai cand moto rul principal este in functiune. In
cazul stationarii indelungate in rada portului, rezervele de apa tehnica se
consuma mai repede decat in mars. Din aceasta cauza, pe timpul stationarii,
apa de uz curent este procurata de la cheu.
Cele mai utilizate generato are de apa tehnica folosi te in exploatare de
catre navele marinei comerciale si flotei de pescuit oceanic sunt:

ƒ distilatorul NIREX;
ƒ distilatorul ATLAS.

Generatorul de apa te hnica de tip NIREX

Generatorul de apa tehnica de tip NIREX este compus din:

1. vaporizator;
2. separator de picaturi;
3. condensor;
4. ejector de aer si de saramura;
5. pompa de apa distilata si de apa sara ta pentru alimentarea vaporizatorului
si a condensorului.

Aceste componente sunt reprezentate schematic in figura 1.
Functionarea generatorului de ap a tehnica se bazeaza pe energia
termica continuta in apa de racire a ci lindrilor motorului pr incipal, utilizata
pentru vaporizarea apei de mare; o part e din apa de racire a motorului (ce
iese de obicei la o temperatura de 60-650C) intra in vaporizator prin partea
superioara, circula printre placile plane (din 2 in 2) si transmite caldura la
apa sarata care circula printre placile plan e din 2 in 2. Sistemul de curgere al
celor doua fluide este in regim “in contracurent”, d eci transferul de caldura
se face progresiv, de la apa de racire la apa de mare.
Datorita vidului creat de ejecto rul de vid, aproximativ 90-92%,
temperatura de fierbere a apei scade. Procesul de evaporar e se produce la o
temperatura de t s = 35-450C.
Cantitatea de caldura necesara pentru evaporarea apei de mare depinde
de temperatura de intrare a acesteia, de natura material ului din care sunt
confectionate placile de sc himb de caldura si de pro centul de vid realizat in
vaporizator. De asemenea, cantitatea de apa tehnica produsa mai depinde,
pe langa cele aratate mai sus de grosim ea stratului de piatra care se depune
pe placile plane paralele de schimb de caldura.
Vaporii rezultati in urma procesului de vaporizare se ridica in partea
superioara a generatorului, strabat separatorul de picat uri si ajung in
condensor, unde sunt condensati.
Separatorul de picaturi este format di ntr-o sita foarte fina, care permite
trecerea vaporilor, dar impiedica trecer ea saramurii care ramane stocata in
partea inferioara a generatorului. De ai ci, saramura care nu s-a evaporat este
eliminata peste bord cu ajutorul eject orului de saramura sau de catre o
pompa cu doua trepte care este fo losita si pentru alimentarea
vaporizatorului.
Din vaporii de apa condensati in condensor rezulta apa tehnica. De
aici, apa tehnica trece printr -un ceas de inregistra re a cantitatii produse,

printr-un element capacitiv al salinitati i, montat in paralel cu salinometrul.
Daca valoarea salinitatii se afla in limitele admisibile , apa este dirijata spre
tancul de depozitare cu ajutorul unei electrovalvule. In caz contrar
salinometrul comanda inchiderea electro valvulei, iar apa tehnica infestata
este deversata peste bord. Pentru a gr abi procesul de condensare, in unele
cazuri apa tehnica produsa este reciclata de catre o pompa in doua trepte si
astfel procesul de conden sare este mult mai bun.
Elementele componente ale gene ratorului de apa tehnica de tip
NIREX sunt prezentate in figura 1:
1. valvula intrare apa racire motor in vaporizator;
2. valvula pentru iesirea agentului termic din vaporizator;
3. vaporizator cu placi plane para lele de schimb de caldura;
4. camera de vaporizare;
5. termometru;
6. perete despartitor al distilatorului;
7. separator de picaturi;
8. supapa de siguranta;
9. electrovalvula pentru reglarea vacuumului in vaporizator;
10. mano-vacuummetru;
11. camera de condensare;
12. valvula admisie aer in dis tilator in cazul golirii;
13. condensor;
14. tubulatura pentru eliminar ea aerului din condensor;
15. pompa circulatie apa de mare;
16. valvula cu un singur sens;
17. ejector de vid;
18. evacuare peste bord;
19. valvula pentru intrarea apei de mare in condensor;
20. valvula pentru iesirea apei de mare din condensor;
21. supapa cu resort pentru deversarea in santina a apei tehnice infestate;
22. supapa cu resort coma ndata de salinometru;
23. tubulatura transport apa tehni ca la tancul de depozitare;
24. alarma optica;
25.
alarma acustica pentru functi onare defectuoasa a g.A.T.;
26. salinometru;
27. tablou electric general;
28. alimentarea cu energie el ectrica a generatorului;
29. debitmetru;
30. electromotorul pompei pentru apa tehnica;
31. electrod de comanda a salinometrului;

32. treapta a pompei pentru ci rculatia apei tehnice;
33. treapta a pompei de apa tehnica ce ajuta la condensare;
34. valvula de reglare a cantitatii de apa de mare;
35. treapta a pompei de apa de mare pe ntru alimentarea vaporizatorului;
36. treapta a pompei de apa de mare pentru evacuarea saramurii;
37. electromotorul pompei de apa de mare;
38. valvula de sens pentru elim inarea saramurii peste bord.

Distilatorul de apa tip ATLAS

In principiu, generatorul de ap a tehnica tip ATLAS are aceleasi parti
componente ca si generatorul tip NI REX. Distilatorul tip ATLAS este
compus din:

ƒ vaporizator;
ƒ separator de picaturi;
ƒ condensor;
ƒ ejectoare;
ƒ pompa de circulatie apa tehnica;
ƒ pompa de apa de mare pentru alimentare.

Singura deosebire consta in modul de dispunere al part ilor principale
componente. Daca la distilatorul de tip NIREX vaporizator ul, separatorul de
picaturi si condensorul sunt dispuse or izontal, la distilato rul de tip ATLAS
toate aceste elemente sunt dispus e pe verticala de jos in sus:

ƒ vaporizator;
ƒ separator de picaturi;
ƒ condensor.

De asemenea, inca o deosebire, pe la nga aceasta o constituie si faptul
ca la distilatorul de tip NIREX schim bul de caldura in vaporizator si
condensor se face prin in termediul placilor plan para lele, iar la distilatorul
de tip ATLAS se face prin intermediul un ui fascicol de te vi dispuse radial.
Principiul de functionare este identi c cu principiul de functionare al
distilatorului de tip NIREX.
Functionarea distilatorului de ti p ATLAS se bazeaza pe utilizarea
energiei termice continuta de apa de racire a motorului principal. O parte
din aceasta apa intra in vaporizat or la o temperatura de 60-650C, circula prin
exteriorul tevilor cedand caldura apei de mare care circula prin interiorul

acestora. Apa de mare se eva pora la o temperatura de 35-450C, ce
corespunde unui vid in aintat, aproximativ 90-92%. Temperatura de
evaporare depinde de temperatura de in trare a apei de mare, de temperatura
apei de racire motor, de natura ma terialului din care sunt confectionate
tevile si de marimea stra tului de depuneri calcaroase si sare de pe peretii
interiori ai tevilor. Dupa evaporare, vaporii trec prin sepa ratorul de picaturi
in condensor, unde sunt condensati. In condensor ap a de mare trece prin
interiorul tevilor, iar vaporii prin exteriorul acestora, condensandu-se.
Ejectorul este conectat la distilator prin intermediul tubulaturii, avand rolul
de a mentine vidul necesar fierberii si evaporarii apei de mare la o
temperatura de 35-450C in vaporizator. Ejectoru l are rolul de a extrage
saramura de la partea inferioara a distil atorului si de a o deversa peste bord.
Ca si la distilatorul tip NIREX, un de placile plan paralele de schimb
de caldura sunt confecti onate din aliaje de bron z-aluminiu, iar invelisul
interior si partile inferioa re si superioare din otel inoxidabil, izolate cu rasini
epoxidice rezistente la agenti corozivi (apa de mare) si distilatorul tip
ATLAS foloseste acelasi material pentru tevi.
Garniturile de cauciuc artificial rezistent la coroziune asigura o
protectie dubla:

ƒ impiedica amestecarea apei de racire cu apa de mare in vaporizator;
ƒ impiedica amestecarea vaporilor cu apa de mare in condensor.

Garniturile nu se vor desprinde ni ci la presiune inalta, nici cand
capetele sunt desfacute pent ru vizitare, deoarece ele sunt plasate in canale
adanci, fiind lipite.
Prin intermediul salinometrului si elementului capac itiv, format din
doi carbuni prin care trece un curent electric, legat in paralel cu
salinometrul, se controleaza in permanenta continutul de sare in apa tehnica.
In cazul in care salinitatea este mai mare de 50 mg/l, salinometrul comanda
o electrovalvula pe poziti a deschis si apa tehnica or i este recirculata in
vaporizator pentru evaporare, ori este deversata peste bord. In cazul in care
salinitatea este 50 mg/l, apa tehnica prod usa este vehiculata prin tubulaturi
la tancul de depozitare, dupa ce in preal abil a fost inregistrata de ceasul de
apa (debitmetru).
Mentinerea parametrilor in limite normale are ca rezultat producerea
unui anumit debit de apa tehnica, la o anumita salinitate. Astfel, vaporizarea
prea intensa a apei de mare, produs a de temperatura prea ridicata din
vaporizator, combinata cu un vacuum mai avansat decat cel prescris, va
avea drept rezultat marirea producerii de apa tehnica, dar si antrenarea
picaturilor de apa de mare odata cu aburul, marind astf el procentul de saruri.

Un procent redus de saru ri este daunator pentru organismul uman, dar
foarte avantajos pentru ap a tehnica. Daca evaporarea apei de mare este mai
lenta, datorita temperaturii mai mici a agentului purtator de caldura si a unui
vacuum de 70-80%, productia de apa di stilata va fi mai mica, dar cu un
continut scazut de saruri.
Pentru a nu se produce antrenatrea de saruri cu vaporii de apa, in cazul
unei evaporari mai active, s-a prevazut se paratorul de picaturi, format dintr-
o plasa metalica foarte fina.
Din cele prezentate se poate trage concluzia ca vacuumul joaca un rol
hotarator in producerea apei tehnice, dar realizarea vidului corespunzator
este in stransa legatura cu celelalte elemente de baza:

ƒ temperatura de intrare a apei de mare;
ƒ temperatura apei de raci re a motorului principal;
ƒ materialele din care sunt co nfectionate distilatoarele.

Elementele din care este confectiona t distilatorul tip ATLAS (fig. 2):
1. valvula intrare apa de mare in condensor;
2. valvula iesire apa de mare din condensor;
3. sticla de nivel;
4. condensor;
5. electrovalvula pentru reglarea vacuumului;
6. separator de picaturi;
7. termometru;
8. mano-vacuummetru;
9. supapa de siguranta;
10. tubulatura pentru eliminar ea apei din distilator;
11. valvula pentru admisia aer ului in cazul golirii;
12. tubulatura pentru eliminar ea saramurii peste bord;
13. valvula cu un singur sens;
14. ejector de aer pentru crear ea vidului in vaporizator;
15. ejector de saramura;
16. valvula cu un singur sens;
17. pompa circulatie apa de mare;
18. tubulatura extractie saramura;
19. filtru grosier;
20.
valvula cu un singur sens, cu resort;
21. filtru magnetic;
22. vaporizator;
23. tubulatura de golire peste bord;

24. tubulatura recirculare apa tehnica;
25. electrovalvula comandata de salinometru;
26. electrovalvula deversare in santin a, comandata de salinometru;
27. tubulatura circulatie apa tehni ca spre tancul de depozitare;
28. debitmetru;
29. alarma optica;
30. alarma acustica;
31. salinometru;
32. element capacitiv pentru masurarea salinitatii;
33. pompa circulatie apa tehnica;
34. iesire agent termic din vaporizator;
35. intrare agent termic in vaporizator;
36. tubulatura extractie apa tehnica din condensor.

3. Necesarul de apa tehnica
de la bordul navei

Apa tehnica de la bordul navelor pr ovine din distilar ea apei de mare.
Instalatiile care distileaza apa de mare se numesc generatoare de apa tehnica
(G.A.T.) ce utilizeaza energia reziduala, energia termica evacuata din motor
de catre apa de racire. Apa se depozit eaza in tancurile navei, izolate fata de
tancurile de ulei si combustibili prin coferdamuri, pentru a preveni
contaminarea ei prin neetanseitati. Volumul tancurilor pentru depozitarea
apei tehnice depinde de numarul consum atorilor. Datorita volumului limitat
al tancurilor si a imposibilitatii de conservare pe timp indelungat, toate
navele maritime (trans port si pescuit oceanic) sunt dotate cu instalatii de
producere a apei tehnice.
Necesarul de apa tehnica pentru functionarea
motorului principal si a motoarelor auxiliare

Motorul principal (MP) 6RND-9 0 / 155 Sulzer echipeaza navele de
55000 tdw si navele de 65000 tdw. Mo torul dezvolta o putere totala de
17400 CP la o turatie de 122 rot/min. Pentru racirea cilindrilor, pistoanelor
si injectoarelor se foloseste apa tehni ca in circuit inchis. Astfel, apa din
circuit poate fi pierduta numai pr in neetanseitati exterioare sau
contaminarea cu apa de mare. In cazul contaminarii este necesara
schimbarea completa a apei tehnice din instalatie.

Pentru dimensionarea generatorulu i de apa tehnica, consideram ca
pierderile de apa tehnica se ridica la:
m
MP = 400 kg/zi

Ca motoare auxiliare (MA) se util izeaza trei Diesel generatoare de tip
5DSL-25/30 Sulzer. Sistemul de racire al acestor motoare este circuit inchis
cu apa tehnica.
Apa tehnica poate fi pierduta prin evaporare in tancul de compensa,
datorita neetanseitatii sau contaminarii cu apa de ma re, datorita deteriorarii
etanseitatii schimbatoarelor de caldura apa tehnica – apa de mare.
Pentru dimensionarea GAT, la MA se considera ca pierderile se ridica
la:
mMA = 200 kg/zi.

Necesarul de apa tehn ica pentru caldarine

Caldarina recuperatoare si caldarina cu arzator produc aburi necesari
pentru: incalzirea combustibilului, incalzirea apei menajere pentru
mentinerea igienei echipajului, pentru functionarea separatoarelor etc.
Dupa ce a lucrat in instalatie, aburul se introduce in condensor. De aici
apa se colecteaza in basa, de unde es te introdusa din nou in caldarina. Se
constata ca aburul lucreaza in circuit inchis, ceea ce inseamna ca pierderile
de apa sunt cauzate de:
ƒ pierderi prin supa pe de siguranta la creste rea accidentala a presiunii;
ƒ pierderi datorate neet anseitatii instalatiei.

Pentru dimensionarea generatoru lui de apa tehnica, consider ca
pierderile de apa tehnica se ridica la:

m
C = 500 kg/zi.

Necesarul de apa tehnica pentru echipaj

Normele de consum de apa tehnica pentru navele marinei comerciale
cu zone limitate de naviga tie prevad un consum de

m = 100 kg/zi

pentru fiecare membru al echipajului.

Navele de 55000 tdw si 65000 tdw au un echipaj format din 46
membri si 4 stagiari. In total, echipajul navei c uprinde 50 de marinari.
Necesarul de apa tehnica pentru echipaj este de
m
echipaj = 50 * 100 = 5000 kg/zi.

Insumand cantitatile necesare pentru consum atori, aratate in
paragrafele anterioare, rezulta cantitat ea minima de apa tehnica necesara a fi
produsa de GAT in 24 de ore:

mmin = m MP + m MA + m C + m ech = 400 + 200 + 500 + 5000 = 6100 kg/zi

GAT trebuie sa praoduca mai multa apa tehnica in 24 de ore, deoarece
sunt necesare intre timp lucrari de reparatie si intretinere.
Se adopta cantitatea de apa tehnica pr odusa de generator in 24 de ore:
m = 25 t/zi.

4. Calculul instalat iei de distilare

4.1 Calculul termic al vaporizatorului

1. Titlul de vapori pentru apa de mare din vaporizator

GAT produce apa proaspata prin eva porarea apei de mare. Pentru ca
depunerile de piatra sa fie minime , se recomanda ca 30-40% din apa de
mare introdusa in vaporizator sa se vaporizeze. Pentru distilatorul de tip
NIREX, se adopta un titlu pentru abur:

4,0=+=
v av
m mmx

unde m v – masa vaporilor din distilator;
m a – masa apei de mare din distilator.

2. Caderea de temperatu ra a agentului termic

In literatura de specialitate se recomanda ca diferenta de temperatura
de la intrarea si iesir ea din vaporizator sa fie ∆t = 8-100C pentru ca
temperatura sa nu favorizeze depunerile de piatra pe conducte si pe placile
vaporizatorului. Pentru distilat orul din proiect se adopta:

∆t = 100C.

3. Capacitatea distilatorului

Din datele initiale ale proiectului, necesarul de apa tehnica la bordul
navei va fi:

D2 = 25000 l/zi = 1041 l/h.

Pentru distilatorul din proiect se va adopta o cap acitate de 1050 l/h apa
tehnica:

D2 = 1050 l/h.

4. Temperatura de saturatie

Pentru ca apa de mare sa se tran sforme in vapori, se va adopta o
temperatura de saturatie:
t2’’= ts = 460C
T2 = 46 + 273 = 319 K
5. Presiunea de saturatie

Pentru ca apa sa se vaporizeze la t s = 46 0C, presiunea trebuie sa fie:

p2 = p s = 0,1 bar = 104 N/m2

6. Temperatura apei de mare variaza intre 00C si 320C. Se adopta o
temperatura medie:
t2’= 15 0C.

7. Temperatura de intrare a age ntului termic in vaporizator:

t1’= 64 0C.

8. Temperatura de iesire a agent ului termic din vaporizator:

t1’’= 54 0C.

9. Constructia vaporizatorului

Vaporizatorul este realizat din placi paralele printre care circula
agentul termic, cat si apa de mare pent ru vaporizare. Circulatia celor doua
fluide se face in contracurent.
10. Parametrii fizico-chimici ai apei si ai vaporilor la presiunea p
2 = 0,1
bar si temperatura t 2’’ = 460C, pe curba de saturatie:

Pentru apa de mare Pentru vaporii de apa
v’2 = 0,0010103 m3/kg
i’2 = 191,2 KJ/kg
ρ’2 = 989,9 kg/m3
i = i’’ – i’ = 2392 KJ/kg
s’2 = 0,6492 KJ/kg v’’2 = 14,68 m3/kg
i’’2 = 2584 KJ/kg
ρ’2 = 0,06812 kg/m3
s’2 = 8,149 KJ/kg

11. Parametrii aburului um ed cu titlul x = 0,4:

v2 = (1 – x) ⋅ v’2 + x ⋅ v’’ 2 = (1 – 0,4) ⋅ 0,0010103 + 0,4 ⋅ 14,68 = 5,87 m3/kg;
ρ2 = 1 / v 2 = 1 / 5,87 = 0,17 kg/m3;
i2 = (1 – x) ⋅ i’2 + x ⋅ i’’2 = (1 – 0,4) ⋅ 191,9 + 0,4 ⋅ 2584 = 1148,7 KJ/kg;
s2 = (1 – x) ⋅ s’2 + x ⋅ s’’ 2 = (1 – 0,4) ⋅ 0,6492 + 0,4 ⋅ 8,149 = 3,649 KJ/kg.

12. Cantitatea de caldura necesara pentru preincalzirea a 1kg apa de
mare de la temper atura de intrare t’ 2 = 150C pana la temperatura de saturatie
a lichidului:
qp = i’ 2 – ia = 191,9 – 62,7 = 129, 2 KJ/kg
i2 = c p ⋅ (t’1 – t n) = 4,1805 ⋅ (15 – 0) = 62,7 KJ/kg

13. Cantitatea de caldura necesara pentru a vaporiza 1kg apa de mare
la p 2 = 1 bar si t’ 2 = 150C la x = 0,4:

lv = i 2 – i’ 2 = 1148,7 – 191,9 = 956,8 KJ/kg
14. Cantitatea totala de caldura necesara pentru a produce 0,4 kg vapori
umezi din 1 kg apa de mare:
q = q
p + l v = 129,2 + 956,8 = 1086 KJ/kg

15. Debitul de apa de mare necesar a fi introdus in vaporizator pentru a
obtine 1050 kg/h abur:

D’2 = (1/x) ⋅ D2 = (1/40) ⋅ 1050 = 2625 kg/h

16. Entalpia agentului termic (apa de racire motor) la temperatura
t1=640C, la intrarea in vaporizator:

i’1 = c p ⋅ (t’1 – t n) = 4,1805 ⋅ (64 – 0) = 276,6 KJ/kg

17. Entalpia agentului termic la temperatura de ie sire din vaporizator:

i’’1 = c p ⋅ (t’’ 1 – t n) = 4,1805 ⋅ (54 – 0) = 225,7 KJ/kg

18. Randamentul vaporizatorului :

ηv = 0,97
19. Debitul de agent termic necesar, determinat din ecuatia de bilant
termic:
()
()
hm hkg Diil D q DDl D q D ii D
v pv p
3
11 12 2
12 2 1 1 1
94,26 26940)7,2256,276(97,08,956 10502,129 2625= =−⋅⋅+⋅=′′−′⋅⋅+⋅′′
=⋅+⋅′′=′′−′⋅⋅
ηη

20. Cantitatea de caldura preluata de apa de mare de la apa de racire
motor, pentru preincalzire de la temperatura de 150C la temperatura de
saturatie de 460C:

Qpr = D’ 2 ⋅ (i’2 – i a) = 2625 ⋅ (191,9 – 62,7) = 94,2 KW

21. Cantitatea de caldura preluata de apa de mare ce vaporizeaza la
temperatura de saturatie de 460C si presiunea de saturatie 0,1 bar:

Qvap = D 2 ⋅ (i2 – i’ 2) = 1050 ⋅ (1148,7 – 191,9) = 279 KW

22. Cantitatea to tala de caldura primita de apa in vaporizator:

Qt = Q pr + Q vap = 94,2 + 279 = 373 KW

23. Temperatura medie a apei de mare :

t2 = 0,5 ⋅ (t’2 + t’’ 2) = 0,5 ⋅ (15 + 46) = 30,5 0C

24. Viteza de curgere a apei de mare se alege dupa constructii similare:

v2 = 0,1 m/s

25. Densitatea apei de mare corespunzatoare temperaturii t 2 = 30,5 °C:

ρ2 = 1025 kg/m3

26. Sectiunea necesara pentru curgerea apei de mare prin vaporizator
rezulta din ecuatia de continuitate:

D’2 = 3600 ⋅ ρ2 ⋅ v2 ⋅ A’ 2
2
22 22
2
71201,0 1025 360026253600
mm AvDA
=⋅⋅=′⋅⋅′=′
ρ

27. Numarul de spatii necesar, considerand ca sectiun ea de trecere a apei
de mare este:
a = 5 mm; b = 400 mm
A’2 = n 2 ⋅ a ⋅ b
n2 = A’ 2 / a ⋅ b = 7120 / 5 ⋅ 400 = 3,5

28. Sectiunea de trecere a ap ei calde prin vaporizator rezulta din ecuatia
de continuitate:
D1 = 3600 ⋅ ρ1 ⋅ v1 ⋅ A’ 1
2
1 11
1 74831 1000 360026940
3600mmvDA =⋅⋅=⋅⋅=′
ρ
29. Numarul de spatii necesar, considerand ca sectiun ea de trecere a apei
de racire motor este:
a’ = 5 mm; b’ = 400 mm
A’1 = n 1 ⋅ a’ ⋅ b’
n1 = A’ 1 / a’ ⋅ b’ = 3740 / 5 ⋅ 400 = 3,74

30. Se adopta pentru vaporizator:

n1 = 5; n 2 = 4

31. Sectiunea de trecere aferenta apei de mare:

A2 = n 2 ⋅ a ⋅ b = 4 ⋅ 5 ⋅ 400 = 800 mm2

32. Sectiunea de trecere aferen ta apei de racire motor:

A1 = n 1 ⋅ a ⋅ b = 5 ⋅ 5 ⋅ 400 = 1000 mm2

33. Temperatura medie a apei de racire motor:

t1 = 0,5 ⋅ (t’1 +t’’ 1) = 0,5 ⋅ (64 + 54) = 59 °C

34. Cantitatea de caldura pe care trebuie sa o cedeze agentul termic:

()
()W KJ Qtt CDQ
Aa
2,319 2,31998,0 36005464 1805,4 269403600
111 1 1 1
1
= =⋅−⋅⋅=⋅′′−′⋅⋅=η

35. Viteza reala de curg ere a agentului termic prin vaporizator la
temperatura medie de 59 °C si la presiunea de 0,1 bar, se obtine din ecuatia
de continuitate:
D = ρ ⋅ v ⋅ A
v = D 1 / 3600 ⋅ ρ1 ⋅ A1 = 26940 / 3600 ⋅ 1000 ⋅ 0,01 = 0,784 m/s
36. Diferenta de temperatura a celor doua fluide:

∆tmin = t’ 1 – t’’ 2 = 64 – 46 = 18 °C
∆tmax = t’’ 1 – t’ 2 = 54 – 15 = 39 °C

37. Diferenta medie logaritmica de temperaturi:

C
ttt ttm °−=
∆∆∆−∆=∆ 16,26
1839ln1839
ln
minmaxmin max

38. Diametrul echivalent al sectiunii de curgere pentru agentul termic:

mpAdech 049,0)940 005,0(201,04 4
11
1 =+⋅⋅=⋅=

39. Regimul de curgere al agentului termic prin vaporizator:

766710 478,00049,0 748,0Re5
11 1
1 =⋅⋅=⋅=−γechdv

40. Criteriul Prandtl, ce caracterizeaza transferul de caldura:

37,3586,010478,0988187,4Pr5
11 1 1
1 =⋅⋅⋅=⋅⋅=−
λγρpC

unde: C p1 = 4,187 KJ/kgK este caldura specifica la temperatura de 59 °C;
ρ1 = 988 kg/m3 este densitatea agentului termic la 59 °C;
γ1 = 0,478 ⋅ 10-5 m2/s este vascozitatea cinema tica a agentului termic
la 59 °C;
λ1 = 0,586 W/mK este conductivitatea termica a apei.
41. Numarul Nusselt care caracterizeaza transferul total de caldura prin
convectie:

Nu
1 = 0,0356 ⋅ Re0,8 ⋅ Pr0,4 = 0,0356 ⋅ 76670,8 ⋅ 3,370,4 = 74,17

42. Coeficientul de convectie de la agentul termic la peretele
vaporizatorului:

K mWdNu
ech⋅ =⋅=⋅=2
11
1 1 886049,0586,017,74λα

43. Viteza reala de curgere a apei de mare prin vaporizator:

smADv 089,0108 1025 36002625
36003
2 22
2 =⋅⋅⋅=⋅⋅′=−ρ

44. Diametrul echivalent al sectiuni i de curgere pentru apa de mare:

mpAdech 0395,0)4,0 005,0(2008,04 4
22
2 =+⋅⋅=⋅=

45. Regimul de curgere al apei de mare prin vaporizator:

507310693,00395,0 089,0Re5
22 2
2 =⋅⋅=⋅=−γechdv

unde γ2 = 0,693 ⋅ 10-5 m2/s este vascozitatea cine matica a apei de mare la
temperatura de 30,5 °C.

46. Numarul Prandtl pentru apa de mare:

81,4603,010693,0 10007,4180Pr5
22 2 2
2 =⋅⋅⋅=⋅⋅=−
λγρpC

47. Coeficientul pi erderilor hidraulice:

269,088,13188,13 64,1 5073ln82,1 64,1 Reln8,11
2
===−⋅=−⋅=
ξξ

48. Numarul Nusselt, tinand cont de coeficient ul pierderilor hidraulice:

()
()53,249
07,1 18,4 268,05,481,4 50738268,007,1 1 Pr 5,4Pr Re8
232232 2
2
=
+−⋅⋅⋅⋅
=+−⋅⋅⋅⋅
=
NuNu
ξξ

49. Coeficientul de convectie de la vaporizator la apa de mare:

KmWdNu
ech2
22
2 2 38090395,0603,053,249 =⋅=⋅=λα

50. Coeficientul global de schimb de caldura pentru 1 m2 de suprafata,
considerand ca pe interior s-a depus un strat de piatra de 1 mm, a carui
conductivitate termica este λp = 1,163 W/m2K:

KmW k
pp2
2 164,441
38091
163,1001,0
19,151002,0
88611
1 11=
+++=
+++=
αλδ
λδ
α

51. Suprafata de sc himb de caldura necesara pentru vaporizator:

2 11
3016,26 64, 4412, 319mt kQstsk Q
mm
=⋅=⋅=⋅⋅=
δδ

52. Lungimea schimbat orului de caldura va fi:

s = L ⋅ n2 ⋅ b
L = s / n 2 ⋅ b = 30 / 4 ⋅ 0,4 = 18,75 m
Rezulta o lungime foarte mare pent ru un vaporizator. Pentru a respecta
suprafata de schimb de caldura, am adoptat un vaporizat or cu urmatoarele
dimensiuni:
L = 800 mm; l = 400 mm
S’ = L ⋅ l = 800 ⋅ 400 = 0,32 m2
n2 = S / 2 ⋅ S’ = 30 / 2 ⋅0.32 = 46,8

unde n 2 este numarul de treceri pentru apa de mare. Se adopta vaporizatorul
format din 47 de placi de trecere, cu o suprafata de schimb de caldura de
0,32 m2.

4.2 Calculul termic al condensorului

1. Masa de vapori care se condenseaza:

mv = 1050 kg/h

2. Presiunea din condensor este aceeasi ca si presiunea de evaporare:

p1 = 0,1 bar = 104 N/m2

3. Titlul de vapori:

x = 0,4

4. Temperatura apei de mare la intrarea in condensor , in conditii
tropicale:

t’a = 30 °C

5. Temperatura apei de mare la iesirea din condensor
Pentru a micsora depunerile de sare si piatra pe suprafetele plane ale
condensorului, in li teratura de specialitate se recomanda δt = 6°C. Se adopta
aceeasi diferenta de temperatura:

t’’a = 30 + 6 = 36 °C

6. Temperatura de sa turatie a vaporilor la presiunea de 0,1 bar este:

ts = 46 °C

7. Temperatura condensului la iesirea din condensor:

tc = 45 °C

8. Entalpia aburului la presiunea de 0,1 bar si titlul de 0,4 in condensor:

ic = i’ + l v = 191,9 + 0,4 ⋅ 2392 = 1148,7 KJ/kg

9. Entalpia condensului subracit la 45 °C:

ia = c p ⋅ (ta – t N) = 4,1805 ⋅ (45 – 0) = 188 KJ/kg

10. Caldura cedata de abur in timpul condensarii, neglijand pierderile de
caldura prin montarea condensorului:
() ( )kgKJiimQa c v
c 2,28036001887,1148 1050
3600=−⋅=−⋅=

11. Cantitatea de apa necesara pentru racirea condensorului:

()hm hkgt cQmt cm Q
pap a
33
176,39 40155330 368, 4186102,280= =−⋅⋅=∆⋅=∆⋅⋅=

12. Factorul de intra re al condensorului:

m = m a / m v = 40155 / 1050 = 38 ,24 kg apa / kg vapori

13. Temperatura medie a apei in condensor:

tc = 0,5 ⋅ (t’a + t’’ a) = 0,5 ⋅ (30 + 36) = 33 °C

14. Diferenta medie logaritmica a temperaturilor din condensor a celor
doua fluide:
∆tmax = t’’ c – t’ a = 45 –30 = 15 °C
∆tmin = t s – t’’ a = 46 –36 = 10 °C

15. Diferenta medie logaritmica a temperaturilor din condensor:

C
ttt ttm °−=
∆∆∆−∆=∆ 33,12
1015ln1015
ln
minmaxmin max

16. Suprafetele de trecere a apei de mare, ca si la vaporizator, le
consideram a fi:
a = 5 mm; b = 400 mm

17. Parametrii finali ai apei de mare la temperatura medie de 33 °C:

ρ
a = 1025 kg/m3 – densitatea apei;
λa = 0,787 W/m2K – conductivitatea termica;
γa = 0,805 ⋅ 105 m2/s – vascozitatea cinematica;
cpa = 4816,8 J/kgK – caldura specifica.
18. Viteza de circulatie a apei de mare prin sectiunea destinata acesteia, se
determina prin ecuatia continuitatii:
smAmvAv m
a
aa a
09,14,0005,05 1025 360040155=⋅⋅⋅⋅=⋅=⋅⋅=
ρρ

19. Diametrul echivalent pentru sectiunea de trecere a apei de mare:

()()mbaba
pAdaech31088,94,0 005,024,0005,04
24 4−⋅=+⋅⋅⋅=+⋅⋅⋅=⋅=

20. Numarul Reynolds ce caracterizeaza regimul de curgere al apei de
mare:

133710805,01088,909,1Re53
=⋅⋅⋅=⋅=−−
aaech a
adv
γ

21. Valoarea numarului Prandtl ce caracterizeaza regimul de caldura:

05,5787,010805,0 10258,4816Pr5
=⋅⋅⋅=⋅⋅=−
aa a pa
ac
λγρ

22. Valoarea numarului Pechet ce caracterizeaza tran sferul de caldura
total:
Pe
a = Re a ⋅ Pra = 1337 ⋅ 5,05 = 6752

23. Valoarea numarului Nusselt pentru incalzirea apei in condensor, in
cazul regimului de curgere la minat, pentru Re < 2320:

96,4011088,7 67524,2 4,231
331
=⎟⎟
⎠⎞
⎜⎜
⎝⎛ ⋅⋅⋅=⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛⋅⋅=−
LdPeNuaech a
a

24. Coeficientul de convectie de la apa de mare la peretele condensorului:

KmWdNu
aecha
a a2326200988,0787,096,40 = ⋅=⋅=λα

25. Parametrii fizici ai aburului:

ρv = 0,17 kg/m3 – densitatea aburului;
λv = 0,603 W/m2K – conductivitatea termica;
γv = 0,18 ⋅ 105 m2/s – vascozitatea cinematica;
cpv = 4,1805 J/kgK – caldura specifica.

26. Valoarea numarului Grarhaft pentru vaporii de ap a la temperatura de
46°C, ce caracterizeaza schimbul de caldura in regim laminar:
()4600
101815,27411014,381,9
263
23
=
⋅⋅⋅⋅⋅=∆⋅⋅⋅=
−−
vvtR gGrγβ

unde β = 1 / T = 1 / (273,15 + 46) = 3,14 ⋅ 10-3 N/m2K este coeficientul de
variatie izobara a temperatur ii pentru vaporii de apa; se aproximeaza cu 1/T.
∆t = 273,15 + ( 46-45) = 274,15 K

27. Valoarea numarului Prandtl pentru vaporii de apa condensati:

56,214586,038,308,9895,4180Pr =⋅⋅=⋅⋅=
vv v pv
vc
λγρ

28. Valoarea numarului Kutateludze pentru vaporii de apa:

() ()2294546 1805,48,956=−⋅=−⋅=
c s pvv
vttclKv

29. Valoarea numarului Nusselt pentru condensoare cu placi verticale:

Nuv = 0,725 ⋅ (Gr v ⋅ Prv ⋅ Kv v)0,25
Nuv = 0,725 ⋅ (4,6 ⋅ 103 ⋅ 214,52 ⋅ 229)0,25 = 88,98

30. Valoarea coeficientului de convectie de la vaporii apei de mare la
placile condensorului:

KmWdNu
vechv
v v254300098,0603,098,88 =⋅=⋅=λα

31. Coeficientul global de schimb de caldura pentru pereti plani,
considerand ca pe placi s-a depus un strat de piatra de 1 mm si λp = 1,633
W/m2K:

KmW k
v pp
a2895
54301
633,1001,0
19,151002,0
326211
1 11=
+++=
+++=
αλδ
λδ
α

32. Suprafata de sc himb de caldura necesara pentru condensor:

23
36,2533,12 859102,280mt kQst sk Q
m cc
cm c c c
=⋅⋅=⋅=⋅⋅=
δδ

33. Se adopta placile de forma dreptunghiu lara pentru condensor:

a = 400 mm; b = 1000 mm

34. Suprafata de schimb de caldura pentru condensor:

S’c = a ⋅ b = 0,4 ⋅ 1,0 = 0,4 m2

35. Numarul de placi necesare pentru condensor:

nc = S c / 2 ⋅ S’c = 25,36 / 2 ⋅ 0,4 = 31,7

36. Se adopta condensorul format din 32 placi, cu suprafata de schimb de
caldura de 0,4 m2.

5. Elemente de exploatare

5.1 Automatizarea instalatiei de distilare

Specificatia standard a administra tiei maritime pentru constructia
navelor de marfuri solicita ca fiecare instalatie de desalinizare sa fie
capabila sa functioneze automat.
Numeroase instalatii de desalinizare marine pot fi automatizate intr-o
oarecare masura cu cateva comenzi simple. Deoarece sursa de abur este in
mod normal la un punct de extractie de presiune joasa sau alternativ la o
sursa de presiune mai inalta si apoi reglata printr-un orificiu fix de presiune
critica din linia sursei de abur la in stalatia de distilare nu este un control
automat pentru sursa de abur.
Este necesar sa se mentina temp eratura apei sarate care iese din
incalzitorul de apa sarata al unei inst alatii cu detenta, la o temperatura
specificata. Aceasta se re alizeaza cu ajutorul unei supape automate de
reglare a temperaturii. Nu este necesara o reglare a fluxului apei sarate care
iese din pompa de descar care peste bord, deoarece toata apa care intra in
instalatie este pompata peste bord.
Singura reglare necesara asupra distilatorului este aceea a
conductivitatii. O supapa cu trei cai deviaza distilat ul la santina in cazul in
care conductivitatea nu este in limitele de control specificate. Se pot lua
masuri pentru a opri fluxul apei de alimentare in cazu l defectiunii pompei
de apa sarata, pentru a impiedica in undarea accidentala a vaporizatorului.
Functionarea complet automata cere ca instalatia sa fie echipata cu
dispozitive automate de control, pentru a initia toate ciclur ile de pornire la
apasarea unui buton. Complexitatea un ui astfel de sist em este mult mai
mare decat a unui sistem in care fiecar e din diferitele cicluri de pornire-
oprire sunt initiate de un buton sau intrerupator pe care automatizarea
instalatiei de distilare il interzice sistemelor cu masuri de pornire manuala.
Practicabilitatea automatizarii comple te a pornirii unei instalatii de
distilare este problematica datorita variabilelor inta lnite in starea de vid si
temperatura, cuplata cu sincronizarea necesara a ciclurilor care depind de
aceste variabile.

5.2 Instructiuni de exploatare

Pentru a nu distruge instalatia si GAT, trebuie avut in vedere faptul ca
operatiunile de pornire-oprir e sa fie executate corect, in ordinea prescrisa in
documentatia tehnica a GAT.
Pornirea

1. Condensor:
ƒ se deschide valvula de intrare a apei de mare si de iesire;
ƒ se deschide valvula by- pass pentru a obtine cantitatea de apa de
mare necesara pentru condensare;

2. Vid:
ƒ se inchide valvula de golire a vi dului de pe capacul superior al
distilatorului;
ƒ se umple cu apa tehnica rezervorul intermediar pentru amorsarea
pompei de apa tehnica, care produce fl uidul de lucru al ejectorului
de vid;
ƒ se porneste pompa de apa tehnica;
ƒ in timpul evacuarii aerului din va porizator si pana la inceputul
producerii apei tehnice, s-ar put ea sa fie necesara completarea cu
apa a rezervorului intermediar dato rita pierderii ei, sau pentru a
preveni incalzirea jetului de apa care lucreaza in ejector;

3. Apa de mare pentru vaporizator:
ƒ se urmareste ca debitmet rul si valvula de intrar e sa asigure de cinci
ori capacitatea de producere a distilatorului;
4. Descarcarea saramurii:
ƒ se controleaza starea de curatire a ejectorului;
ƒ se deschid valvulele de intrare si iesire a apei de mare care lucreaza
in ejectorul de saramura;
ƒ se porneste pompa si se regleaza pr esiunea apei de mare la 3,5
kgf/cm
2;
ƒ se controleaza ca presiunea de re fulare peste bord sa nu depaseasca
10 mm col apa;

5. Sectia evaporare:

ƒ se deschid valvulele de intrare si iesire a apei de racire motor din
vaporizator;
ƒ se deschide treptat valvula by- pass pentru a obtine cantitatea
necesara de apa racire motor;

6. Salinometrul:

ƒ se cupleaza alimentarea cu energie electrica;
ƒ se pozitioneaza comutatorul pe li mita 1 sau 2 de salinitate;
ƒ se asteapta decuplarea alarmei da torate apei tehnice infestate care
curge prima data si in mome ntul inchiderii automate a
electrovalvulei de desc hide valvula de transp ort apa tehnica inspre
tancul de depozitare.

Reglarea capacitatii de productie apa tehnica

Capacitatea de productie a apei tehn ice poate fi reglata deoarece aceste
valvule regleaza cantitatea de apa racire motor si de apa de mare care intra
in distilator. La capacitate redusa a apei tehnice produse sau in conditii de
functionare tropicale s-ar putea sa fi e necesara reumplerea cu apa tehnica a
rezervorului interior si de racire a pom pelor de circulatie apa tehnica cu apa
din instalatia de apa dulce a navei.

Oprirea

1. Vaporizator:

ƒ se deschide valvula by-pa ss si se inchid valvulele de intrare-iesire a
apei de racire motor;
ƒ se opreste pompa de circulatie ap a tehnica produsa si a fluidului de
lucru pentru eject orul de vid;
ƒ se inchide valvula de refulare apa tehnica inspre tancul de
depozitare;

2. Salinometrul:

ƒ se intrerupe alimentar ea cu energie electrica;

3. Vid:

ƒ se deschide valvula de golire a vidului de pe capacul superior al
distilatorului;
ƒ cand vaporizatorul s-a racit, se inch ide valvula de alimentare cu apa
de mare;

4. Descarcare saramura:

ƒ se opreste pompa care produce fluidu l de lucru pentru ejectorul de
saramura, dupa ce vaporizatorul a fost golit si valvula de golire a
saramurii;

5. Condensor:

ƒ se deschide valvula by-pass;
ƒ se inchid valvulele de intr are-iesire a apei de mare.

In timpul stationarii in rada portulu i toate valvulele pentru alimentarea
GAT vor fi inchise pentru a nu contamin a distilatorul cu apa infestata. De
asemenea, GAT nu va functiona in li mita de 20 Mm fata de coasta.

5.3 Detectarea defectiunilor tehnice

Cele mai frecvente defectiuni ale GA T sunt datorate neetanseitatilor.
In preincalzitor apa va scapa daca im binarile cu cauciuc pe placile care
formeaza circuitul apei de racire moto r au defectiuni. Di n aceasi cauza va
scadea si vidul din vaporizator.
Defectele mecanice ale plac ilor vor determina infiltrarea apei de mare
in circuitul apei tehnice pr oduse, ducand la crestere a salinitatii acesteia. In
conditii normale de lucru, o usoara strangere a bo lturilor distantiere va
elimina neetanseitatile. Se recomanda o curatire atenta a imbinarilor.
Un alt motiv, putin probabil, pentru s capari, il constituie o imbinare cu
cauciuc avariata. Din practica, acest lucr u rezulta doar in urma intrebuintarii
sau asamblarii gresite. La fixarea garn iturilor de cauciuc pe placi au fost
folosite metode si materiale care asig ura o imbinare perfecta si nu se vor
slabi chiar in cazul conditii lor extreme de lucru sau a vizitarii interiorului
distilatorului.
Daca o placa sau o imbinare sunt avariate, GAT nema ifunctionand, se
vor inlatura imbinarile sa u placile defecte, impreuna cu placa vecina, apoi se

trece la reasamblarea schimbatorul ui de caldura (vaporizator sau
condensor). Aceasta va duce la o re ducere proportionala a capacitatii de
productie a distilatorului.
O alta defectiune care poate sa apara este cresterea cantitatii de apa in
vaporizator, datorita infundarii sorbul ui ejectorului de saramura sau a unui
debit prea mare de apa pentru alimenta re. De asemenea, valvula de bordaj
pentru eliminarea saramurii nu este destul de deschisa.
Cantitatea de apa tehnica produs a are valoarea maxima pentru o
temperatura a apei de mare de 12 °C si cea a apei de racire motor de 65 °C,
iar valoarea minima, pentru 30 °C la apa de mare si 65 °C pentru apa de
racire motor.
Mai pot aparea anomalii in functi onare datorate temperaturii sau
debitului prea mic al apei de racire mo tor, depunerilor de piatra pe peretii
vaporizatorului, debitului apei de ma re pentru condensare prea mic sau
temperaturii prea ridicate.

5.4 Instructiuni de intretinere

Pentru o buna intretinere si o e xploatare indelungata, GAT trebuie
supus lunar la operatiuni de curatire. Se vor verifica tubulaturile de intrare-
iesire a apei de mare pentru alimen tarea vaporizatorului si cele pentru
racirea condensorului. De asemenea, se va curata sorbul si ejectorul de
saramura. La fiecare trei luni se vor curata electrozii elementului capacitiv
cu o carpa moale, pentru a nu se distru ge stratul de radiu de pe el. Cu ocazia
intreruperii functionarii GAT se va masura si rezistenta electrica a
motoarelor electrice.
O data la 12 luni se va curata separatorul de pi caturi, prin spalare cu
acid incalzit la 60 °C, dupa care se spala cu apa tehnica.

6. Folosirea ejectoarelor turbionare
in instalatiile de desalinizare

Efectul de separare energetica a unui curent turbionar de gaz comprimat
in doi curenti, unul rece si altul cald, a fost desc operit de catre inginerul
metalurg francez George Ranque in 1931.
Intrucat constructia tuburilor de vartej este relativ simpla, fara piese in
miscare, acestea au pa truns rapid in diferitele ramu ri ale stiintei si tehnicii,
efectul turbionar de separare energeti ca fiind cercetat pe scara larga in mai
multe tari ale lumii de catre special isti in gazodinamica, frigotehnica,
energetica, tehnica aerospatiala si nuclear a, aparatura de masura si control,
tehnica vidului, climatizare, initiere a aprinderii in subteran, cresterea
gradului de supraincalzire a ab urului, tehnica laserului s.a.
Faptul ca in zona centarala a cure ntului turbionar presiunea este mai
redusa decat in cea periferica a condus la ideea posibili tatii de a utiliza tubul
de vartej in calitate de ejector. Pentru aceasta, ventilul de reglaj, care in mod
normal permite modificarea sectiunii de trecere a cu rentului de gaz cald,
este deschis complet ca, in aceasta situat ie, aerul atmosferic este aspirat in
tub prin diafragma si patrunde in zona centrala caracterizata prin
depresiune. Functionarea turbionatoru lui in acest regim este caracterizata
prin valori negativ e ale parametrului µ care defineste fractiunea de gaz
rezultat, astfel ca prin capatul cald al acestuia este evacuat un debit mai
mare decat cel destins in ajutaj si anume:

mc = m + m e

in care m e reprezinta debitul de gaz aspirat din exterior prin capatul rece.
Ejectoarele turbionare care au la baza principiul de functionare
descris, sunt mult mai compacte decat ej ectoarele clasice caracterizate prin
lungimi mari pe directia camerei de amestec si a difu zorului. In cazul
ejectoarelor turbionare lungimea este mai redusa intrucat curentul se
deplaseaza pe o traiectorie in spirala cu pas moderat.
Ejectorul turbionar consta dintr- o camera C la care se racordeaza
ajutajul A. Pe axa camere i turbionare este dispus racordul R prin care trece
curentul ejectat; camera es te asamblata cu tubul cili ndric T care se continua
prin difuzorul D in cent rul caruia este dispus ve ntilul de reglaj V.
Deplasarea difuzorului in ra port cu zona cilindrica in scop de reglaj se
realizeaza cu un inel de schimb.
Aerul comprimat sau aburul la pres iunea de 2…4 bar se destinde in
ajutaj pe care il parase ste cu viteza comparabil a cu cea a sunetului si

patrunde in camera turbionara unde se formeaza un curent turbionar cu zona
centrala depresionara. In acest mod se creeaza un efect de ejectie care
determina aspirarea curentului de fluid prin racord. Debitul total m c trece
prin tubul cilindric si patrunde in difu zorul spiralat unde are loc franarea si
cresterea presiunii dupa care amestecu l format din agentu l de lucru si cel
ejectat este evacuat in atmosfera sau in tr-o conducta prevazuta in acest scop.
Eficienta ejectorului turbionar de pinde de raportul de crestere a
presiunii debitului de ag ent ejectat adica de co eficientul de ejectie ν definit
ca raport intre acest debit si cel dest ins in ajutaj. Intr ucat comprimarea
debitului ejectat are loc pe seama desti nderii debitului de agent de lucru in
ajutaj, pentru aprecierea eficientei ejectorului se recurge la randamentul
acestuia definit sub forma:
η = ν [∆he/∆hi]

unde ∆he reprezinta cresterea enta lpiei agentului ejectat, iar ∆hi reprezinta
scaderea entalpiei agentului activ.
Acest randament scade de la 12% la 9% pentru o pres iune a debitului
de gaz comprimat de 1,7…2,4 bar, in cazul in care un asemenea ejector
turbionar este racordat la un sp atiu avand un volum de 40 dm3 se poate
realiza scaderea presiunii aer ului in acest spatiu pana la 0,01 bar (7,5 mm
col.Hg) in 90 de secunde. Cercetarile efectuate au evidentiat faptul ca ejectoarele turbionare pot
fi utilizate in difer ite regimuri pentru ν = 0,1…2,2 prin modificarea unei
singure dimensiuni si anume a diametru lui d al stutului pentru curentul
ejectat care are valori uzuale de 4…9 mm. Utilizarea rationala a efectului tu rbionar de separare energetica in
constructia ejectoarelor este determ inata de particularitatile acestuia
comparativ cu alte metode de vacuummare. In esen ta, aceste particularitati
constau din urmatoarele:
– simplitate constructiva a turbionato rului si siguranta in exploatare,
observand ca acesta nu contine piese in miscare;
– posibilitatea de a realiza conc omitent cateva procese, in cazul
nostru racire si vacuummare;
– simplitatea si continuitatea reglajul ui parametrilor curentilor intr-un
interval larg de valori ale fractiunii µ;
– rapiditatea conectarii si d econectarii tubului de vartej;
– dimensiuni de gabarit reduse;
– intervalul larg de valori ale deb itelor prelevate de la sute de mii
pana la fractiuni de m
3/h.

Folosirea ejectorului turbionar in inst alatia de desalinizare apa de mare
duce la:
– micsorarea spatiului de amenajare a ainstalatiei la bordul navei;
– renuntarea la pompele de apa de mare necesare punerii in functiune
a ejectoarelor clasice, ceea ce duce la micsorarea consumului
energetic;
– obtinerea intr-un timp scurt a unui vid corespunzator vaporizarii
apei la temperaturi scazute;
– folosirea ca agent de lucru a abur ului rezidual de la caldarina
recuperatoare.

Ejectorul turbionar poate fi montat pe orice tip de desalinizator, dar cu
deplin succes la instalatiile simple din punct de vedere constructiv, adica
cele bazate pe principiile Atlas si Nirex.