CERCETĂRI ȘI CONTRIBUȚII ASUPRA SCHIMBĂTOARELOR DE CĂLDURĂ ÎN SCOPUL CREȘTERII PERFORMANȚELOR LOR ENERGETICE [308321]

[anonimizat], MECATRONICĂ și MECANICĂ

PROIECT DE CERCETARE ȘTIINȚIFICĂ

TEMA TEZEI DE DOCTORAT:

CERCETĂRI ȘI CONTRIBUȚII ASUPRA SCHIMBĂTOARELOR DE CĂLDURĂ ÎN SCOPUL CREȘTERII PERFORMANȚELOR LOR ENERGETICE

DOCTORAND: [anonimizat]. Luminița Ana CODREA (căs. OPRUȚA)

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC:

Prof. Dr. Ing. [anonimizat]

28.03.2019

CUPRINS

INTRODUCERE……………………………………………………………pag.

OBIECTIVUL GENERAL AL TEZEI DE DOCTORAT…………pag.

OBIECTIVE SPECIFICE TEZEI DE DOCTORAT……………..……pag.

Stadiul actual al temei

Modelarea analitică

Modelarea experimental

Modelarea numerică prin Metoda Elementelor Finite (MEF)

METODOLOGIA CERCETĂRII UTILIZATĂ ÎN TEZA DE DOCTORAT .pag.

Metodologia studiului analitic

Clasificarea schimbătoarelor de căldură

Schimbătoare de căldură cu aripioare

Schimbătoare de căldură din plăci

Schimbătoare de căldură condensatoare

Schimbătoare de căldură cu țevi și manta

Schimbătoare de căldură spirale

Schimbătoare de căldură cu plăci brazate

Schimbătoare de căldură cu plăci și aripioare

Eficiența înlocuirii sistemelor clasice cu schimbătoare de plăci cu plăci

Defectarea schimbătoarelor de căldură

EVALUAREA RISCULUI…………………………………………………….pag.

SOLUȚII ALTERNATIVE …………………………pag.

[anonimizat]…………pag.

BIBLIOGRAFIE…………………………………………………………………………………..pag.

[anonimizat], răcire, fierbere, condensare sau în alte procese termice unde sunt prezente două sau mai multe fluide cu potențiale termice diferite.

Fluidul care cedează căldura (fluidul “cald”) [anonimizat] (fluidul“rece") poartă numele de agent termic secundar.

[anonimizat], dar și un calcul din punct de vedere el rezistenței materialelor pentru diferite componente.

Calculul termic de dimensionare constă în cunoașterea parametrilor agentilor termici dar și a sarcinii termice a schimbătorului. Astfel în acest caz se va alege forma constructivă a aparatului și se va determina suprafața de schimb de căldură.

Calculul termic de verificare constă în cunoașterea suprafeței de schimb de căldură a aparatului și parametrii agenților termici. Printr-un calculul termic de verificare se vor stabili posibilitățile termice ale aparatului în anumite condiții de funcționare.

Calculul hidraulic necesar unui schimbător permite determinarea pierderile de sarcină hidraulică (a căderilor de presiune) pentru cei doi agenti termici care circulă prin aparat.

Calculul mecanic de rezistență permite stabilirea dimensiunilor (grosimile) [anonimizat], să nu le depășească pe cele admisibile.

Marea majoritate a [anonimizat]???- [anonimizat], pentru buna funcționare în regim staționar. [anonimizat], dar și temperaturi??? în orice punct al sistemului, care sunt constante în timp, [12].

În Fig. 1. sunt prezentate domeniile de aplicație ale schimbătoarelor de căldură.

Ar trebui tradus totul în română și scris pe fig numai în română!!!!!

Fig.1. Domenii de aplicații ale schimbătoarelor de căldură, [11]

OBIECTIVUL GENERAL AL TEZEI DE DOCTORAT

În lucrarea de față se va prezenta un program detaliat prin care se propune abordarea unui domeniu interdisciplinar important și de mare actualitate pe plan mondial.

Tematica acestei cercetări va fi axată și are ca obiectiv general studiul schimbătoarelor de căldură utilizate în industrie, cu implicare directă în construcția autovehiculelor, cercetări ce vor fi validate printr-o realizare practică, cu posibilitate de utilizare in situ.

OBIECTIVE SPECIFICE TEZEI DE DOCTORAT

Stadiul actual al temei

Stadiul actual al temei se va concretiza în conținutul primului referat, ce se va intitula «STADIUL ACTUAL PRIVIND PERFORMANȚELE SCHIMBĂTOARELOR DE CĂLDURĂ».

Se va realiza un studiu bibliografic amănunțit referitor la schimbătoarele de căldură. Astfel, se va face un studiu bibliografic detaliat despe calculul analitic, calculul numeric, studiul experimental și in situ, pe plan național și internațional, cu aprofundări ale cercetărilor prezentate la ultimele congrese mondiale în domeniu.

2.2. Modelarea analitică

Modelarea analitică a pieselor selectate spre studiu se va face ținând cont de concluziile de la §2.1., în cadrul Referatului al 2-lea, cu titlul: « ALEGEREA SOLUȚIEI CONSTRUCTIVE ȘI MODELAREA COMPORTĂRII SCHIMBĂTOARELOR DE CĂLDURĂ».

Se va alege soluția constructivă a unui schimbător de căldură, se vor stabili algoritmi de calcul pentru modelul ce se va studia, vor fi stabilite caracteristicile mecanice ale schimbătorului, modalitatea de confecționare a acestuia, încărcările, rezemările și repartizarea tensiunilor, stabilind zonele celor mai solicitate din schimbătorul de căldură.

De asemenea, se vor face calculele analitice, validând rezultatele obținute cu cele obținute cu ajutorul soft-urilor existente.

2.3. Modelarea experimentală

Cercetările experimentale se vor concretiza în conținutul celui de al 3-lea Referat, «PROIECTAREA ȘI REALIZAREA UNUI STAND EXPERIMENTAL. STABILIREA PROGRAMULUI EXPERIMENTAL». Se va încerca construirea unui schimbător de căldură dintr-un material optic activ, ce se va studia prin fotoelasticimetrie. De asemenea, vor fi concepute și se vor construi în 3D, schimbătoare de căldură adecvate utilizate în industria auto, în funcție de rezultatele de la §2.1. și §2.2., care vor fi încercate experimental în condiții apropiate de cele in situ. Rezultatele se vor compara cu cele existente în literatura de specialitate.

Modelarea numerică prin Metoda Elementelor Finite (MEF)

Modelarea numerică se va face prin Metoda Elementelor Finite (MEF) cu soft-urile existente: RDM, MDSolids, AnSys,…. în al 4-lea Referat: «CERCETĂRI EXPERIMENTALE, REZULTATE ȘI CONCLUZII PRIVIND SCHIMBĂTOARELE DE CĂLDURĂ». Rezultatele vor fi comparate cu cele existente în bibliografia de specialitate, va fi urmărită corectitudinea modelelor ce au fost realizate precum și comportarea lor mecanică din §2.2., §2.3., §2.4., unde se vor compara rezultatele obținute prin modelarea analitică, numerică și experimentală, rezultate obținute în referatele anterioare. Vor fi validate rezultatele făcând comparație cu cele existente în literatura de specialitate. Vor fi subliniate contribuțiile personale. Vor fi scrise concluziile finale.

METODOLOGIA CERCETĂRII UTILIZATĂ ÎN TEZA DE DOCTORAT

3.1. Metodologia studiului analitic

În ultimul timp, datorită dezvoltării sistemelor tehnice cu performanțe ridicate (din energetica nucleară, din cea convențională, tehnica spațială, industria chimică și petrochimică), s-au dezvoltat cercetări experimentale și teoretice, care au dus la realizarea de aparate de schimb termic de mare eficiență, prin adoptarea de soluții tehnice complet diferite de tipul convențional al aparatului tubular (cu țevi și manta). Soluțiile acestea sunt: schimbătoare de căldură cu plăci, schimbătoare de căldură cu spirale etc.

Prin intensificarea transferului de căldură se poate realiza o eficiență ridicată. Datorită intensificării proceselor, se urmărește reducerea dimensiunii utilajelor necesare, pentru a se putea atinge un anumit obiectiv de producție, cu reducerea costului sistemului de producție.

Procedeele de intensificare a cui? duc, pe de o parte, la creșterea cheltuielilor de investiție (prin mărirea complexității aparatului), la exploatarea eficientă – ce necesită creșterea energiei de pompare sau perfecționarea calificării personalului de supraveghere, iar, pe de altă parte, duc la micșorarea duratei de staționare în schimbător a agenților termici, prin mărirea debitului termic transferat. De aici rezultă problema intensificării transferului termic, ce are un caracter pluridisciplinar, importanță egală au atât factorii economici, cât și cei tehnici.

Având în vedere economia de energie, cât și valorificarea resurselor energetice necesare, precum și utilizarea de noi surse de energie, este importantă cunoașterea fenomenelor de curgere, de transfer de căldură și modelarea matematică adecvată a acestora.

Mărirea ariei de transfer se va face prin extinderea acestei suprafețe cu ajutorul nervurilor, acest procedeu fiind utilizat pe scară largă și asociat, în special, cu utilizarea unui agent termic gazos, unde coeficientul de transfer termic prin convecție este redus. Prin prezența nervurilor pe suprafața de transfer se ajunge la reducere a grosimii cui?, sau ruperea stratului limită, elemente ce pot fi considerate promotori de turbulență. Nervurile se vor dispune fie pe o singură parte a suprafeței (pentru schimbătoarele de căldură gaz-lichid), fie pe ambele părți (pentru schimbătoarele gaz-gaz), [ ].

Datorită faptului că o parte din rezistențele termice conductive apar în timpul funcționării echipamentului, diminuarea ce se diminuează la rezistente? lor este o problemă de exploatare și întreținere. Aceasta se datorează depunerilor de pe suprafețele peretelui care vin în contact cu cele două fluide. Prevenirea acestor depuneri se face prin operarea la viteze adecvate, prin folosirea curgerii pulsate, printr-o funcționare mai bună a instalației, cât și prin înlăturarea lor pe cale mecanică sau chimică, toate acestea reprezintă mijloace de menținere a schimbătorului de căldură cât mai aproape de parametrii nominali în funcționare, [4].

Termenul de depunere definește orice depozit format pe suprafața de schimb de căldură, ce duce, de obicei, la creșterea rezistenței la transferul termic și la mărirea rezistenței hidraulice la curgerea fluidelor. Depunerile au o influență considerabilă asupra performanțelor termice ale schimbătoarelor de căldură, dar și asupra energiei de pompare, a perioadei de funcționare și de revizie. Depunerile se acumulează în timp, după legi complexe. În diferite situații, fluidele pot fi curățate la intrarea în aparat, materialul de depunere formându-se la trecerea prin acesta. Curățarea se poate face cu soluții reci cu săruri cu solubilitate inversă, cu soluții calde saturate sau amestecuri de componenți ce reacționează în procesele de încălzire – răcire.

Fenomenul de formare a depozitelor se datorează schimbărilor bruște de temperatură ale agentului termic ce vine în contact cu suprafața de transfer. Dacă apa este folosită ca agent termic, la schimbarea condițiilor de temperatură, presiune, pH, solubilitatea ionilor minerali scade și aceștia precipită, formându-se cristale. Mecanismul de formare a depunerilor poate fi explicat, de obicei, prin procese care includ disocierea mineralelor, suprasaturarea, nucleația (ce este?), precipitarea, creșterea cristalelor, iar în final, depunerea de crustă.

Murdărirea schimbătoarelor de căldură poate fi condiționată de mai multe variabile, incluzând caracteristicile apei (pH, duritate, alcalinitate, prezența solidelor suspendate, variația temperaturii), temperaturile suprafeței de transfer, presiunea, vitezele fluidelor, separarea curgerii, recircularea etc.

Datorită neluării în considerare a depunerilor la dimensionarea schimbătoarelor de căldură, se poate ajunge la rezultate incorecte, astfel încât și rezervele exagerate prevăzute pentru compensarea efectelor depunerilor nu sunt suficiente. Trebuie să se țină cont de factorul de depunere, ce reprezintă numai unul din multiplele elemente restrictive concomitente în proiectare. Prin creșterea acestui factor se poate reduce viteza de curgere a fluidului, fapt ce va accelera procesul de murdărire și va scurta perioada de funcționare a echipamentului. Se poate da un exemplu în cazul răcitoarelor cu apă, unde aparatele sunt dimensionate, considerându-se și o rezistență finală a depunerilor. Acest lucru înseamnă că, în etapa inițială de funcționare, aparatul este micșorat, ceea ce duce la scăderea vitezei apei și, în consecință, a coeficientului de transfer termic, rezultând ridicarea temperaturii peretelui. Datorită faptului că, la apă depunerile sunt influențate atât de temperatura suprafeței de schimb de căldură, cât și de viteza de curgere, fenomenul de murdărire se intensifică foarte mult. În anumite situații, rezistența termică totală a depunerilor poate ajunge să reprezinte 40-70% din rezistența totală la transferul de căldură, devenind, astfel, mărimea ce controlează dimensionarea sau funcționarea aparatului, în aceste cazuri, este inutil calculul precis al coeficienților parțiali de transfer termic.

Depunerile sunt un factor economic important ce influențeză direct investiția, costul exploatării (întreținere și energie de pompare) și costul operațiilor de curățare a aparatului, elementele acestea justificând alegerea atentă a valorii rezistenței termice a depunerilor la dimensionarea schimbătoarelor de căldură, [4].

Majoritatea schimbătoarelor de căldură asigură transferul căldurii între cei doi agenți termici prin intermediul unei suprafețe de schimb de căldură. Schimbătoarele de căldură vor fi dimensionate pentru buna lor funcționare în regim staționar.

Prin regimul staționar se înțelege fluxul termic ce trece prin suprafața de schimb de căldura, de la agentul termic primar la cel secundar și temperaturile în orice punct al sistemului, care sunt constante în timp.

Pentru calculul suprafeței de schimb de căldură este necesar să se cunoască forma constructivă a schimbătorului. Astfel, va fi efectuat la început, un calcul termic preliminar (aproximativ), pornind de la unele mărimi practice cunoscute.

Următorul pas constă în alegerea traseului urmat de agenții termici după următoarele criterii:

• agentul termic care este un pericol mai mare pentru depunerilor de piatră sau funingin decât celălalt agent, va putea circula, obligatoriu prin interiorul țevilor, unde se va putea face îndepărtarea depunerilor prin mijloace mecanice mult mai ușor decât în exteriorul țevilor;

• vitezele de circulație pentru cei doi agenți termici este indicat să fie cât mai apropiate ca mărime pentru fluide de aceeași stare: gaz-gaz și apă-apă. În aceste condiții agentul termic cu debitul mai mic va circula prin țevi, iar celălalt în exteriorul țevilor.

Țevile sunt dispuse în hexagoane regulate concentrice, pe circumferințe concentrice sau în triunghiuri isoscele pe plăcile tubulare, având avantajul unei compactități maxime, a unei execuții simple, dar și posibilitatea dispunerii fascicolului în eșicher, în funcție de unghiul de înclinație asigurat la montaj.

Pentru cazul plăcilor tubulare care au un număr de țevi pe latura hexagonului mai mare de 8, așezarea în hexagoane regulate duce la folosirea nerațională a spațiului disponibil. De aceea, pentru acest caz, în sectoarele neutilizate ale plăcii, se introduc în exterior țevi suplimentare pe unul sau mai multe rânduri, [12].

3.1.1. Clasificarea schimbătoarelor de căldură

Schimbătoarele de caldură se pot clasifica după mai multe criterii, ținându-se seama de principii funcționale, constructive și mixte.

După modul de transmitere al căldurii, schimbătoarele de căldură pot fi împărțite în trei mari grupe:

schimbătoare de căldură cu schimb prin suprafață, la care transferul de căldură de la

agentul termic primar la cel secundar este realizeazat prin intermediul unui perete despărțitor cu conductivitate termică ridicată, se va ține seama că procesul de recuperare a căldurii cedate de agentul termic primar este continuu, aceste schimbătoare de căldură fiind denumite și recuperative;

schimbătoare de căldură regenerative, la care agenții termici trec succesiv prin aparat, în prima perioadă, în care agentul termic primar trece prin schimbător, este realizată o încălzire a umpluturii acestuia (umplutură metalică sau ceramică), în a doua perioadă, când agentul termic secundar străbate schimbătorul de căldură, are loc preluarea cantității de căldură acumulată de materialul de umplutură în prima perioadă a ciclului;

schimbătoare de căldură cu amestec, la care transferul de căldură este realizat prin amestecarea celor doi agenți.

După regimul de lucru al aparatului, pot fi:

schimbătoare de căldură în regim staționar, care au o funcționare continuă, aparate recuperatoare cu sau fără amestecul agenților termici;

schimbătoare de căldură în regim nestaționar, cu acțiune discontinuă, din această grupă fac parte schimbătoarele de căldură de tip regenerativ, dar și cele cu acumulare, aparate în care căldura este înmagazinată când este disponibilă și livrată apoi la cerere.

După transformările fizice sau chimice ale agenților termici în procesul de schimb de căldură:

schimbătoare de căldură fără schimbarea stării de agregare a agenților termici la trecerea prin aparat;

schimbătoare de căldură cu schimbarea stării de agregare a unuia sau ambilor agenți

termici la trecerea prin aparat;

schimbătoare de căldură în care agenții termici suferă transformări chimice la trecerea prin aparat.

După schema de curgere a agenților termici există:

schimbătoare de căldură în echicurent, unde ambii agenți termici curg în aceeași direcție și în același sens;

schimbătoare de căldură în contracurent, unde agenții termici au aceeași direcție, dar sensuri opuse de curgere;

schimbătoare de căldură în curent încrucișat, unde unul din agenții termici curge perpendicular pe direcția de curgere a celuilalt;

schimbătoare de căldură în curent mixt, unde unul din agenții termici își schimbă de mai multe ori direcția și sensul de curgere față de celălalt agent.

După numărul de treceri ale agentului termic, pot fi:

schimbătoare de căldură cu o singură trecere;

schimbătoare de căldură cu mai multe treceri, unde unul sau ambii agenți termici sunt obligați, prin pereți longitudinali sau transversali față de axa geometrică a aparatului, să-și schimbe succesiv sensul de mișcare.

După materialul de construcție utilizat, există:

schimbătoare de căldură metalice;

schimbătoare de căldură ceramice.

După poziția aparatului, pot fi:

schimbătoare de căldură verticale;

schimbătoare de căldură orizontale.

După configurația suprafeței de schimb de căldură, există:

schimbătoare de căldură cu țevi și manta sau tubulare, prevăzute, de regulă, cu șicane (pereți despărțitori), ce îndeplinesc următoarele funcții: uniformizarea curgerii în manta și eliminarea zonelor de fluid stagnant sau cu viteze reduse de curgere, asigurarea participării întregii suprafețe a fasciculului tubular la transferul de căldură, susținerea și rigidizarea fasciculului tubular și intensificarea transferului de căldură pentru fluidul din manta, prin mărirea vitezei de curgere și creșterea turbulenței;

schimbătoare de căldură cu plăci, [3].

3.1.2. Schimbătoare de căldură cu aripioare nu apar in clasificare!!!

Bateriile cu aripioare sunt schimbătoarele de căldură compacte care au ca scop, în special, încălzirea sau răcirea aerului, fiind larg utilizate în instalațiile frigorifice sau de climatizare, dar și ca recuperatoare de căldură sau radiatoare pentru automobile.

În Fig. 2. se prezintă un tip de element de bază al unui schimbător de căldură cu aripioare. Acest tip de schimbător este format dintr-o pereche de plăci paralele, între care este fixată o placă metalică ondulată, ce constituie peretele nervurat. Ansamblul obținut prezintă canale de circulație a fluidelor, rezultând o suprafață de transfer termic extinsă, [6].

Fig. 2. Element constitutiv al unui schimbător de căldură cu aripioare

1 – plăci; 2- pereți laterali; 3- nervuri ondulate obținute dintr-o placă lisă, [6].

Prin conectarea a două sau mai multor elemente prin intermediul unei plăci de separație, se va obține un ansamblu, denumit stivă sau sandwich. Astfel, fluidele vor putea intra în canale prin oricare din ele DIN CINE? sau prin ambele capete ale plăcii. Elementele existente între două straturi succesive se vor putea monta cu nervurile orientate fie în aceași direcție, fie la 90o. Un astfel de schimbător de căldură se numește schimbător de căldură cu plăci și nervuri.

Pentru marea majoritate a aplicațiilor practice, unul din fluidele care traversează un schimbător de căldură cu aripioare este aerul, utilizat ca agent de răcire într-o singură trecere. Unul din cele mai întâlnite exemple este cel al răcitoarelor nervurate, cunoscute sub numele de radiatoare în domeniul motoarelor cu combustie internă, [6].

Fig. 3. Tipuri constructive de elemente constitutive ale schimbătoarelor de căldură cu aripioare, [6].

Aripioarele pot fi împărțite în două mari categorii:

aripioare individuale, care înfășoară o singură țeavă;

aripioare continue, care sunt comune pentru mai multe țevi, [6].

b)

d)

e) f)

g)

Fig. 4. Tipuri constructive de aripioare individuale, [6].

aripioare elicoidale continue; b) aripioare perforate; c) aripioare decupate; d) aripioare inelare;

aripioare aciculare; f) aripioare resort; g) aripioare longitudinale.

a) b)

c)

Fig. 5. Tipuri constructive de aripioare continue: a) aripioare lise; b) aripioare ondulate; c) aripioare perforate, [6].

3.1.3. Schimbătoare de căldură din plăci (SCP)

Schimbătoarele de căldură cu plăci (SCP) sunt acele schimbătoare de căldură care au suprafața de transfer de căldură alcătuită din plăci identice, nervurate și etanșate prin garnituri. Sunt utilizate frecvent ca schimbătoare de căldură de tip apă-apă, fiecare placă având patru orificii ce formează, prin asamblare, câte două colectoare și, respectiv, două distribuitoare pentru agenții termici.

Plăcile sunt fabricate prin presare, obținându-se gofruri (nervuri) de diferite forme, cea mai des întâlnită este forma de V sau W, cu unghiuri de 60-150°, precizia de amprentare a plăcii fiind de ordinul 0,1 mm, [12].

placă; 2. garnitură; 3. orificii; 4. nervuri (gofruri)

Fig. 6. Plăci nervurate curente, [12].

Plăcile denumite plăci“dure”cu unghiuri de 100-150° ale grofrurilor, au un coeficient ridicat de transfer termic, dar au și pierderi de sarcină ridicate.

Plăcile“moi”, cu unghiuri mici (60-100°), au un coeficient de transfer termic mai redus, dar și pierderi de sarcină mai mici. Cele două tipuri de plăci, sunt utilizate câteodată alternativ, adică plăci“dure”-plăci“moi”. Efectuarea unui calcul tehnico-economic va duce la soluția optimă.

Agenții termici circulă alternativ, de o parte și de alta a plăcilor, de obicei în contracurent sau curent încrucișat, circulația acestora fiind asigurată de "desenul” garniturilor care lasă liber sau obturează accesul fluidului între două plăci succesive. De asemenea, spațiul dintre plăci este determinat de geometria de amprentare a nervurilor și variază în funcție de dimensiunile schimbătorului.

La construcția schimbătoarelor sunt utilizate diferite materiale:

pentru plăci: inox, nichel și aliaje cupru-nichel, titan etc.

pentru garnituri: elastomeri (polimer sintetic elastic, cauciuc sintetic) care

rezistă la diverse temperaturi: nitril (100°C), butil rașină (130°C), pentru schimbătoare apă-produse alimentare, EPDM-ce este? (150°C), viton alimentar (150°C) pentru uleiuri alimentare.

Schimbătorul de căldură cu plăci este format din gruparea unui anumit număr de plăci, nervurate și de același tip, acestea fiind strânse între două plăci de capăt cu ajutorul unor tiranți (Fig. 7.), [12].

Fig. 7. Schimbătoare de căldură cu plăci – vedere de ansamblu, [12].

Un schimbător de căldură cu plăci se compune din:

a) o placă de capăt fixă, cu sau fără ștuțuri pentru agenții termici;

b) o garnitură cu patru barete (4 orificii închise), fixată pe placa fixă, ce izolează cele patru orificii (deschideri) ale plăcilor și realizează etanșarea între fundul fix și prima placă standard, în acest interval, nici unui dintre agenții termici nu circulă, [12].

c) plăcile standard cu patru orificii pe care se montează gamitura standard cu două urechi închise. Garnitura este totdeauna lipită pe aceia pe cine? și parte, – nu am inteles!!! barele fiind amplasate pe direcțiile NE-SV, astfel asigurându-se o circulație laterală a cui?;

d) o garnitură de margine, plată sau rotundă, ce asigură etanșarea între ultima placă și placa mobilă.

După modul de amplasare al ștuțurilor pe plăcile de capăt, se poate distinge, conform Fig. 8., o circulație a fluidelor în formă de U (patru ștuțuri pe placa fixă) sau în formă de Z (două ștuțuri pe placa fixă și două pe placa mobilă).

În Fig. 9., [ ], sunt prezentate cele trei moduri de racordare a schimbătorului cu plăci la rețeaua de agent termic primar și secundar.

Alternanța fluidelor între spațiile succesive dintre plăci se va obține prin intermediul garniturilor, ce permit sau nu trecerea unui fluid în spațiul dintre plăci, formându-se astfel unul sau mai multe circuite, un exemplu este prezentat în Fig. 9., [ ].

Circulația apei în lungul plăcilor active poate fi longitudinală (Fig. 10., [12]) sau în diagonală (Fig. 11.), [12].

a). U – contracurent; b). U – echicurent; c). Z – contracurent; d). Z – echicurent.

Fig. 8. Circulația agenților termici în SCP, [12]

a) cu filet b) cu flanșe și cote c) cu buloane filetate

placa de capăt fixă; 2. placa de capăt mobilă; 3. plăci active; 4. ștuțuri intrare – ieșire; 5. tiranți.

Fig. 9. Racorduri ale SCP, [12].

Circulație cu o singură trecere: cele 4 Circulație cu mai multe treceri: două

racorduri sunt amplasate pe placa fixă racorduri sunt amplasate pe placa fixă și

(circulație în“U”) celelate două pe placa mobila (circulație în “Z”)

Fig. 10. Două moduri posibile de circulație a agenților termici în schimbătoarele de căldură cu plăci, [12].

a. Placă de capăt b. Placă pară c. Placă impară

Garnitură cu 4

barete închise Gamitură standard Garnitură standard

Fig. 11. Circulația longitudinală a agenților termici printre plăci, [12].

a. Prima placă b. Placă pară c. Placă impară

Garnitură cu 4 Garnitură Garnitură

barete închise standard standard

Fig. 12 Circulația în diagonală a agenților termici[12]

Marile avantaje ale schimbătoarelor de căldură cu plăci față de schimbătoarele de căldură tubulare sunt următoarele:

• se obțin coeficienți de transfer de căldură mari (3000-7000 W/(m K)), datorită lungimii caracteristice mici;

• prin modificarea dimensiunilor plăcilor, a numărului lor și a distanței dintre ele, se pot obține sarcini termice foarte variate;

• se pot demonta cu ușurință pentru a fi curațate de depuneri sau reparate;

• ocupă un volum redus, de 3 până la 6 ori mai redus decât cele tubulare;

• au o inerție termică mică, deci intră în regim, practic instantaneu.

Ca dezavantaje, pot fi enumerate :

• garnituri scumpe (cca. 1/3 din prețul aparatului), ce necesită materiale și tehnologii speciale de execuție și lipire;

• nu pot fi utilizate la temperaturi ridicate (max. 160°C pentru cele cu garnituri din elastomeri și 250oC-300oC pentru cele cu plăci sudate);

• nu rezistă la presiuni ridicate (max. 25 bar);

• au pierderi de sarcină mai mari decât schimbătoarele clasice cu fascicule de țevi, [12].

3.1.4. Schimbătoare de căldură condensatoare nu apar in clasificare!!!!! Schimbătoarele de căldură condensatoare (cu schimbarea stării de agregare a agentului termic) pot fi folosite pentru a încălzi un agent termic secundar pe baza căldurii latente de condensare a unui agent termic primar (de obicei-abur saturat).

În funcție de utilizarea schimbătorului de căldură, soluțiile constructive pot varia foarte mult.

Pentru domeniul frigorific, se folosesc condensatoare din țevi cu aripioare, deoarece este necesară extinderea suprafeței pe partea agentului gazos (de obicei aer), pentru a echilibra transferul de căldură cu cel din condensație (cu 3-4 ordine de mărime mai mare). În această situație, condensarea se produce la interiorul țevilor, [12].

În instalațiile de încălzire zonală (in cadrul CET-urilor), dar mai ales în domeniul industrial se utilizează condensatoarele din plăci.

Schimbătoarele de căldură de tip multitubular, cu fasciculul de țevi prinse între plăcile tubulare, sunt, de obicei, cu mai multe treceri pe partea agentului secundar și se realizează în soluție elastică (cu fund mobil), datorită diferențelor de temperatură mari ce pot apărea între manta și țevile din fascicul, determinând eforturi de dilatare diferențiată, peste limitele admisibile.

Traseul pentru cei doi agenți termici se va alege astfel: la exteriorul țevilor se găsește aburul, iar la interiorul țevilor va circula apa. Pentru traseul aburului trebuie avute în vedere două proprietăți importante ale fenomenului de condensare:

coeficientul de transfer de căldură în condensare nu depinde de viteza aburului, deci nu este necesar să se ia vreo măsură pentru dirijarea traseului aburului sau pentru mărirea vitezei lui de curgere;

coeficientul de transfer de căldură în condensare este puternic influențat de prezența gazelor necondensabile, care se acumulează la partea de sus a condensatorului și deci, trebuie evacuate permanent prin robinetul de dezaerisire.

Condensatoarele sunt confecționate, de regulă, cu țevile în poziție orizontală, deoarece condensarea pe suprafețe orizontale nu ridică problemele complicate de evacuare a stratului de condens care apare la suprafețele verticale. Se justifică amplasarea verticală doar în condiții bine determinate, cum ar fi unele schimbătoare de căldură tehnologice, [12].

l-fascicol de țevi; 2-manta; 3-flanșe; 4-placă tubulară față; 5-placă tubulară spate; 6-capac față; 7-capac

spate; 8-ștuț intrare abur saturat; 9-perete secțional; 10-ștuțuri de intrare/ieșire agent termic secundar;

ll-ștut ieșire condens; 12-oala de condens; 13-capac închidere spate; 14-ștuțuri golire/dezaerisire.

Fig. 13. Schema constructivă a condensatorului, [12].

3.1.5. Schimbătoare de căldură cu țevi și manta

Schimbătoarele de căldură cu țevi și manta reprezintă tipul cel mai răspândit în industrie datorită simplității sale constructive, fiabilității ridicate și costului relativ coborât.

Pe piața schimbătoarelor de căldură în ultimii ani ritmul de creștere a pieței mondiale a acestor tipuri de aparate a scăzut, ea reprezintentând doar 60-80%.

În figura 14 este reprezentată o schemă constructivă de principiu a unui schimbător de căldură cu țevi și manta.[17]

Fig. 14. Schema constructivă a unui schimbător de căldură tubular, [17].

Fig. 15. Tipuri constructive de schimbătoare cu țevi și manta, [17].

a) schimbătoare cu cap mobil (tip AES); b) schimbătoare cu plăci tubulare fixe și compensator de dilatare pe manta (tip BEM); c) schimbător cu capac de capăt mobil, cu etanșare cu presetupă (tip AEP); d) schimbător cu țevi în formă de U (tip CFU); e) boiler orizontal cu cap mobil (tip AKT); f) schimbător cu curgere divizată (tip AJW).

1-capac tubular fix; 2-capac elipsoidal sau tronconic fix; 3-flanșa capacului fix; 4-placa de capăt; 5-racord fix de legătură; 6-placa tubulară fixă; 7-țevi; 8-manta; 9-capac de capăt al mantalei; 10,11-flanșe ale mantalei; 12-racord al mantalei; 13-flanșa capacului de capăt; 14-lira de dilatare; 15-placa tubulară mobilă; 16-capac mobil; 17-flanșa capacului mobil; 18-flanșe de strângere; 19-inel de oprire; 20-flanșe de strângere a plăcii de capăt; 21- placa de capăt a capacului mobil; 22-partea cilindrică a plăcii tubulare mobile; 23-cutia de etanșare; 24-garnitura de etanșare; 25-presetupa etanșării; 26-inel distanțier; 27-tiranți; 28-șicane; 29-placa deflectoare; 30-șicana longitudinală; 31-perete despărțitor; 32-aerisire; 33-drenaj; 34-racord aparat de măsură; 35-suport; 36-inel de ridicare; 37-suport lateral; 38-placa de limitare; 39-racorduri pentru indicatorul de nivel, [17].

3.1.6. Schimbătoare de căldură spirale

Designul clasic al unui schimbător de căldură spiral este simplu, elementul spiral de bază fiind constituit din două benzi metalice, rulate în jurul unui punct central, formându-se astfel două canale spirale concentrice. Aceste canale sunt sudate alternativ, ceea ce garantează astfel că cele două fluide nu se pot amesteca. În aceste condiții, fluidul cald va curge prin unul din canale, în timp ce fluidul rece curge prin canalul alăturat, transferul de căldură realizându-se prin peretele de separație, [6].

Fig. 16. Schimbător de căldură spiral cu unul din capete deschis, [6].

Pentru funcționarea lor în diverse tipuri de aplicații, schimbătoarele de căldură spirale pot fi execute la comandă, din orice material ce poate fi deformat la rece și sudat, cum ar fi: oțelul carbon, oțelul inoxidabil, titanul și aliajele cu conținut ridicat de nichel. Aliajele de calitate superioară sunt folosite pentru excelenta lor rezistență la coroziune și eroziune, [6].

3.1.7. Schimbătoare de căldură cu plăci brazate nici astea nu apar in clasificare

Schimbătoarele de căldură cu plăci brazate (Fig. 17., [ ]) nu conțin etanșări din cauciuc, de aceea ele pot fi folosite în procese industriale ce utilizează temperaturi de la –180°C până la 200°C și presiuni de lucru de până la 30bar, față de schimbătoarele de căldură cu plăci și garnituri, [7].

Fig. 17. Schimbătoare de căldură brazate, [7].

Unul din avantajele importante al schimbătoarelor brazate este volumul extrem de mic pe care îl ocupă, dar și ușurința prin care pot fi legate în paralel, pentru sistemele construite în formă modulară.

Dintre producătorii acestor modele, se remarcă firma SWEP, care realizează schimbătoare de căldură brazate de înaltă eficiență, cu un coeficient de transfer termic foarte bun, fiind proiectate pentru a suporta presiuni de 30bar, temperaturi de minimum (-195°C) și maximum (+200°C) și cu debite cuprinse între 0,5 și 45 m3/h.

Ca aplicații pentru schimbătoarele de căldură brazate se pot menționa în:

termoficare, încălzire urbană și ventilație;

sisteme de pompe de căldură cu energie solară și aer condiționat;

pompe de căldură în unități recuperatoare de căldură;

sisteme cu uleiuri hidraulice, termice și de ungere;

producerea și preîncălzirea combustibililor.

În domeniul aplicațiilor de refrigerare, a pompelor de căldură, a sistemelor de aer condiționat și a răcitoarelor, schimbătoarele de căldură cu plăci brazate pot fi folosite pentru mai multe destinații ca și condensatori, vaporizatori, economizori, subrăcitori, răcitori de ulei, desupraîncălzitori, [7].

3.1.8. Schimbătoare de căldură cu plăci și aripioare in clasificare?

Datorită cercetărilor referitoare la schimbul de căldură ce are loc între un curent de fluid și un perete, s-a arătat că prin turbionarea curentului respectiv crește coeficientul de convecție și, implicit, coeficientul global de transfer termic.

Schimbătoarele compacte cu plăci și aripioare sunt alcătuite dintr-o stivuire de table gofrate (aripioare sub forme diferite) separate prin table plane (Fig.18., [ ]).

Prin pasaje, fluidele circulă astfel :

printre două table plane consecutive, închise lateral prin bare;

prin canalele formate de două table plane și o aripioară ce acoperă toată suprafața acestora (Fig. 19.), [7].

Fig. 18. Principiul de construcție al schimbătoarelor compacte cu plăci și aripioare, [7].

Fig. 19. Construcția de bază a unui schimbător cu plăci și aripioare, [7].

Fig. 20. Schimbător de căldură în sistem sandwich, [7].

Pentru temperaturi foarte ridicate se folosesc schimbătoare de căldură de tip plăci și canale ceramice, iar pentru temperaturi mai mici variante de aparate cu hârtie impregnată, utilizate în instalațiile de ventilare.

Aripioarele sunt realizate prin ambutisarea tablelor din aliaje ușoare din aluminiu, cu ajutorul unor prese speciale și pot avea înălțimi, grosimi și profile diferite (Fig. 21., [ ]).

Fig. 21. Profile diferite de aripioare, [7].

Fiecare tip de aripioară deține propriile sale caracteristici hidraulice și termice, astfel încât aripioarele plane (perforate sau nu), dau performanțe identice cu cele ale tuburilor de diametru hidraulic echivalent, iar aripioarele decalate creează o mai mare turbulență și ameliorează coeficientul de transfer termic, producând astfel o pierdere de presiune mai mare.

La RAAL S.A. Bistrița, se realizează următoarele tipuri de nervuri din aluminiu:

decupate (Fig. 22., [ ]), cunoscute și sub denumirea de aripioare sparte (Louverd fin este numele cu care circulă în literatura străină de specialitate, [7]);

Fig. 22. Nervuri decupate – sparte (Louvered fin), [7].

ondulate (Fig. 23.);

Fig. 23. Nervuri ondulate (Offset Oil turbulator ), [7].

drepte (Fig. 24.);

Fig. 24. Nervuri drepte (Plat top fin), [7].

Discontinue (decalate), dispuse alternant, denumite și turbulatori de ulei (offset) (Fig. 25.) și care sunt deplasate una față de alta în direcția de curgere a fluidului, [7].

Fig. 25. Nervuri discontinue dispuse alternant, [7].

Scopul principal al aripioarelor este acela de creștere a turbulenței și, implicit, creșterea coeficientului de transfer de căldură, dar și de a asigura rezistența mecanică, printr-un număr mare de puncte de contact metal-metal. Datorită configurației lor particulare, aripioarele pot genera o suprafață secundară de schimb de căldură care poate atinge până la 90% din valoarea suprafeței totale, ceea ce ar permite amplasarea unei suprafețe de schimb de căldură foarte mari (mai mult de 1500m²/m³) într-un volum redus, acesta fiind unul din avantajele principale oferite de aceste aparate.

Schimbătoarele de căldură brazate, de tip ”plăci și aripioare” sunt regăsite în diferite echipamente industriale și autovehicule care îndeplinesc diferite roluri de: răcitoare de aer, răcitoare de ulei, condensatoare, ansambluri combinate de răcire.

Dintre aplicațiile schimbătoarelor compacte cu plăci și aripioare cele mai variate domenii sunt în aeronautică, criogenie, echipamente din industria navală, frigorifică, petrochimică, sisteme de vacuum, prese hidraulice, echipamente din transportul energiei (stații eoliene, generatoare Diesel, transformatoare), industria autovehiculelor și mașini de injectat plastic.

Rolul îndeplinit de aceste aparate este variat:

preîncălzitoare de aer pentru recuperarea căldurii în centrale termice – în aceste aparate se pot recupera fluxuri de căldură de ordinul a 100MW la forțe motoare relativ mici și datorită preîncălzirii aerului necesar arderii combustibilului, devine posibilă utilizarea cărbunilor inferiori, aparatele au rol de recuperatoare și regeneratoare;

condensatoare și vaporizatoare în instalațiile criogenice, frigorifice, cele de climatizare și condiționare (Fig. 26.), [7];

Fig. 26. Funcțiile îndeplinite de schimbătoarele de căldură cu plăci și aripioare într-o instalație de climatizare auto, [7].

răcitoare de ulei răcite cu aer, destinate motoarelor aeronautice și de autovehicule;

radiatoare pentru autoturisme;

Fig. 27. Radiator pentru autoturism, [32].

răcitoare de ulei răcite cu apă, destinate motoarelor cu combustie internă care echipează utilajele grele sau speciale, motoarele navale (Fig. 29.);

răcitoare de aer comprimat (Fig. 28.) etc., [7].

Fig. 28. Răcitor apă-aer, [7]. Fig. 29. Răcitor pentru motoare navale, [7].

răcitoare de gaz pentru agregate energetice (turbogeneratoare, hidrogeneratoare);

Fig. 30. Răcitoare pentru agregate energetice, [7].

Ce-i cu aceasta enumerare????

Răcitoare ulei lagăr axial-radial turbină de 7,7; 55 MW

Răcitor ulei lagăr axial hidrogenerator 7,5 MW

Răcitor aer generator 275 kW

Răcitor pentru hidrogenerator RAN 65; RAN 80; RAN 100

Răcitor hidrogen pentru turbogenerator 50MW

Răcitor gaz pentru turbogenerator THA 160-2A;TH 60-2 Răcitor ulei transformator 250MVA

Răcitor de aer pentru motor TIS 3100 KW; TISV 3200 KW

Fig. 31. Răcitoare pentru compresoare de aer (pentru compresoare cu

șurub, cu piston sau centrifugale), [7]

Încercările specifice la care sunt supuse schimbătoarele de căldură din aluminiu:

testul la șoc termic care este efectuat pe răcitoarele la care pot apărea diferențe mari de temperatură în timpul exploatării, inducând dilatări termice și acumularea de tensiuni mecanice în material. Pentru a se determina timpul de viață, răcitoarele se supun unor schimbări ciclice de temperatură (ex.: pentru răcitoarele de aer de supraalimentare, la intrare pot fi temperaturi de pâna la 200°C iar la ieșirea din răcitor, temperaturi de 50-60°C).

Această încercare constă în vehicularea alternantă a unui fluid cald și rece prin canalele aparatului, schimbarea urmând să se realizeze în momentul în care diferența între temperatura de intrare și cea de ieșire nu este mai mare de 5°C. Caracteristicile rezultate în urma testului sunt:

temperatura maximă și minimă;

durata cilcului (6 minute pe ciclu),

numărul de cicluri (5000-10000),

durata medie a unui astfel de test este de 30-45 zile.

testul la vibrații mecanice, în urma căruia schimbătoarele de căldură se supun la vibrații mecanice, este determinat de frecvența de rezonanță a aparatului (pe o axă), se supune aparatul la vibrări cu 40% din frecvența de rezonanță un număr de aproximativ 1000000 cicluri. Accelerația poate fi determinată de tipul de aplicație în care este exploatat aparatul (între 3g și 10g, unde g reprezintă accelerația gravitațională), [7].

3.2. Eficiența înlocuirii sistemelor clasice cu schimbătoare de plăci cu plăci ? nu am inteles titlul?

Până la apariția schimbătoarelor de căldură cu plăci, schimbătoarele tubulare (țeavă în țeavă sau fascicul de țevi în manta) erau singurele aparate disponibile utilizate în cele mai multe aplicații.

Datorită multitudinii tipurilor de schimbătoare de căldură cu plăci, acestea oferă posibilitatea unor soluții viabile, pentru o gamă largă de aplicații în toate ramurile industriale.

Utilizate în special în industria alimentară, schimbătoarele de căldură cu plăci și-au crescut segmentul de piață și în celelalte industrii, ocupând peste 25% din totalul schimbătoarele de căldură. Datorită creșterii puternice a segmentului ocupat de ele în ansamblul pieței schimbătoarelor de căldură, aceasta demonstrează clar tendința de a înlocui schimbătoarele tubulare cu schimbătoare cu plăci (Fig. 32., [ ]).

Acest succes se datorează paletei largă de mărimi și caracteristici asociate plăcilor, acestă flexibilitate este asigurată de creșterea utilizării schimbătoarelor de căldură cu plăci în mai toate procesele termice. Printre domeniile cu utilizare predilectă a schimbătoarelor cu plăci se pot aminti: industria alimentară, termoficare, aplicațiile legate de protecția mediului și orice domeniu unde este importantă recuperarea, la un nivel ridicat, a energiei.

Fig. 32. Segmentele de piață ocupate de schimbătoarele de căldură cu plăci, [ ].

Domeniile de aplicare ale tehnologiilor cunoscute și care sunt întâlnite astăzi pe piața schimbătoarelor de căldură, pot fi caracterizate prin patru variabile principale:

temperaturile fluidelor cald și rece;

presiunile de funcționare;

numărul de funcții ce sunt asigurate, cum ar fi: vaporizare, condensare, schimbător gaz/gaz, gaz/lichid, lichid/lichid, gaz/solid, încălzire, preîncălzire, recuperare, răcire;

NUT (numărul de unități de transfer termic), considerat ca fiind un indicator al performanțelor termice ale schimbătoarelor.

Schimbătoarele tubulare se pot utiliza la temperaturi și presiuni ridicate, până la 1000°C și 100-150bar și pot să asigure toată gama de funcții și combinații de faze necesare (gaz/gaz, gaz/lichid, lichid/lichid, vaporizare, condensare) exceptând gaz/solid. Din acest motiv, performanțele lor sunt limitate, deoarece, în medie, NUT are o valoare apropiată de 1.

Schimbătoarele de căldură cu plăci și garnituri nu se pot utiliza în condiții de temperaturi superioare valorii de 200°C și la presiuni mai mari de 25bar, în schimb, NUT atinge ușor valoarea de 5 unități. În anumite cazuri speciale, este exemplu de aplicație în domeniul apelor geotermale, când NUT poate să atingă și valori de 25-30 unități.

Unele din avantajele schimbătoarelor de căldură cu plăci față de schimbătoarele clasice ar fi: compactitate, flexibilitate, modularitate, întreținere, montare și demontare ușoară etc.

Un progres remarcabil al schimbătoarele cu plăci sudate este acela de atingere a unor temperaturi apropiate de 500°C, pentru presiuni de 40-50bar, iar în condiții speciale, până la 800°C și 100bar.

Datorită performanțelor tehnice înalte și costurilor de investiție și exploatare scăzute, schimbătoarele de căldură cu plăci, prin compactitatea lor, sunt aparatele ideale pentru rezolvarea problemelor termice într-o gamă largă de aplicații.

Un element principal constructiv al schimbătorului este pachetul de plăci. Numărul de plăci, tipul și forma lor sunt definite în funcție de aplicația dorită. Pentru schimbătoarele cu plăci și garnituri, fiecare placă este prevăzută cu o garnitură ce permite atât reținerea fluidelor în schimbător, cât și separarea circuitelor de lucru între ele. Pentru acest motiv, suprafața de transfer termic la o valoare mare a cui? poate ocupa un volum cu până la 70 % mai mic față de schimbătoarele clasice (cu fascicul de țevi în manta sau țeavă în țeavă), prezentat în graficul indicat în Fig. 33., [ ].

Pachetul de plăci se află montat într-un batiu și strâns, astfel încât să se asigure etanșarea. Configurația ideală ar fi ca toate racordurile să fie situate pe placa fixă, ceea ce implică un spațiu de montaj și de întreținere mult mai mic, comparativ cu un schimbător tubular de aceeași capacitate, iar în cazul demontării, operația va fi mult simplificată prin desfacerea schimbătorului la un singur capăt. Vor putea fi prevăzute racorduri și pe placa mobilă, în cazul schimbătoarelor cu mai multe treceri, sau la cererea expresă a beneficiarului.

Determinarea caracteristicilor termice ale schimbului de căldură și pierderile de presiune ale agenților termici care trec prin spațiul dintre plăci, se face în funcție de profilul nervurațiilor de pe plăcile schimbătorului, [7].

Fig. 33. Comparație dintre volumele ocupate de diverse tipuri de schimbătoare de căldură, [7].

Din acest motiv, optimum între mărimea suprafeței de transfer termic și căderea de presiune pe schimbător, pentru niște cerințe specifice, se poate obține prin combinarea, într-un pachet, a unor plăci de diferite modele ale profilului nervurațiilor. Acest obiectiv se va putea realiza fără consum suplimentar de material și manoperă, față de cazul nervurării țevilor din schimbătoarele clasice, care este foarte costisitor. În Fig. 34., este reprezentată grafic exemplificarea diferenței dintre principalii parametri tehnologici realizați de schimbătoarele cu plăci față de schimbătoarele clasice.

Fig. 34. Prezentare comparativă, [7].

Oțelul inoxidabil este principalul material utilizat în cocstrucția plăcilor, direct implicate în transferul termic și în contact cu agenții de lucru, care poate avea grosimi cuprinse între 0,4-1mm, nefiind netoxic, rezistent la coroziune, cu o bună rezistență mecanică, neted și ușor de curățat și care poate fi aliat cu titan, nichel, paladiu și alte metale, pentru diferite aplicații speciale. În cazul schimbătoarelor clasice, acest lucru nu poate fi realizat pentru fascilulele de țevi, sau poate deveni o soluție deosebit de costisitoare.

Etanșarea prin garnituri, brazarea sau sudarea plăcilor poate oferi posibilitatea unei montări simple și eficiente, fiind lipsită de multitudinea cordoanelor de sudură, a capacelor fasonate și a flanșelor speciale din cazul schimbătoarelor tubulare (Fig. 35., [ ]).

Sistemul de etanșare a schimbătoarelor cu plăci prevede o dublă etanșare a canalelor de curgere. Acest sistem poate elimina orice posibilitate de amestec între agenții termici.

Dacă există cea mai mică scăpare prin garnitura din jurul canalului de curgere prin placă, agentul termic poate ajunge într-o cameră intermediară, de unde se va scurge în exterior, semnalizând începutul unei defecțiuni. Pentru anumite cazuri de importanță deosebită se folosesc plăci duble, sau SONDER SAFE, care pot elimina complet scurgerile din aparat, [7].

Fig. 35. Comparația parametrilor tehnologici și funcționali, ai cui?, [7].

Canalul de garnitură este ranforsat pe ambele părți sub garnitură. Profilul acestor canale poate permite o poziționare exactă a garniturilor și o stabilitate mărită a pachetului de plăci, profilul fiind important mai ales la plăcile de dimensiuni mari.

Unul din elementele extrem de importante la schimbătorul cu plăci este conținutul redus de lichid, astfel, spațiul dintre plăci fiind mic, schimbătorul cu plăci conține o cantitate mică din fluidul de proces în comparație cu un schimbător tubular, greutatea și gabaritul schimbătorului cu plăci fiind cu mult mai mici decât ale unui schimbător tubular de aceeași capacitate.

Agentul termic poate parcurge schimbătorul într-un timp foarte scurt, astfel încât procesul poate fi oprit rapid, sau, pot fi schimbați parametrii de lucru, fără afectarea schimbătorului. Deoarece toate schimbătoarele de căldură cu plăci ating coeficienți de transfer termic ridicați (uneori peste 7000 W/m2K-de verificat corectitudinea unitatii de masura!!!), ele au nevoie de suprafețe de schimb reduse, ceea ce implică investiții de valoare scăzută.

Pentru că au coeficienții de schimb de căldură ridicați și caracteristicilor hidraulice favorabile, schimbătoarele de căldură cu plăci fac posibilă, atât din punct de vedere tehnic, cât și economic, realizarea unui grad de recuperare a energiei termice deosebit de mare și a unor diferențe de temperatură între agenți de 1°C, [7].

Datorită randamentului ridicat, schimbătoarele de căldură cu plăci nu necesită izolație termică, numai la solicitare specială.

Unul dintre avantajele deosebit de importante ale schimbătoarelor cu plăci care nu se regăsește la schimbătoarele clasice, este flexibilitatea acestora, care permite schimbarea cu ușurință a condițiilor de funcționare ale procesului. În acest scop, componența pachetului de plăci poate fi ușor modificată, prin scoaterea sau adăugarea de plăci precum și prin rearanjarea acestora.

Schimbătoarele de căldură cu plăci oferă posibilitatea automatizării și verificării permanente a parametrilor funcționali, fără a afecta gabaritul instalației.

Depunerile pe suprafețele de transfer ale schimbătoarele cu plăci sunt extrem de mici, datorită unei bune distribuții a agentului termic pe suprafața plăcii, o rugozitate scăzută a suprafeței și un profil constant al vitezei agentului în secțiunea de trecere. Turbulența ridicată a curgerii poate duce la un efect de autocurățare ce previne fenomenul depunerilor mecanice.

Schimbătoarele cu plăci pot fi ușor întreținute și curățate, fără demontare, prin sistemul de “spălare pe loc”, prin inversarea sensului de circulație a agentului sau prin adăugarea unor soluții de spălare. Controlul suprafețelor plăcilor, înlocuirea garniturilor sau curățarea mecanică a depunerilor se va putea face deosebit de ușor, prin demontarea pachetului de plăci, desșurubând tiranții, sau prin scoaterea flanșei de capăt, în cazul schimbătoarelor sudate.

Datorită utilizării în sistemele de încălzire și condiționare, în industria alimentară și a băuturilor, în industria chimică și farmaceutică, în industria navală, în instalații industriale și de procesare, în industria frigorifică, în industria aeronautică etc., schimbătoarele de căldură cu plăci pot răspunde necesarului de presiuni înalte și temperaturi ridicate, cu o durată de viață mare, în condiții de lucru în medii deosebit de corozive, respectând protecția mediului printr-o bună desfășurare a proceselor termice în circuite închise.

În întreaga lume, echipe de cercetători calificate și implicate în conceperea, proiectarea și fabricarea schimbătoarelor de căldură cu plăci, a vaporizatoarelor și a sistemelor termice, rezolvă tot felul de probleme de schimb de căldură pentru o gamă largă de aplicații, ce se bazează pe cele mai performante și automatizate tehnici de fabricație și cercetare respectiv proiectare computerizată, [7].

Una dintre problemele deosebit de importante o reprezintă cercetarea în vederea obținerii de noi tipuri de plăci sau familii de plăci performante, care să se poată folosi într-un domeniu larg, dar mai ales pentru posibilitatea folosirii energiilor neconvenționale (în deosebi – energia apelor geotermale). Dacă se ține cont de evoluția prețurilor purtătorilor de energie termică primară (după previziunile specialiștilor, barilul de țiței poate ajunge la peste 100$ în următorii 5-7 ani), în viitor se va da o importanță deosebită folosirii cât mai eficiente a energiilor neconvenționale.

Referitor la țara noastră, sunt foarte multe zone (de exemplu Crișana) cu potențial sporit de energie geotermală, dar care nu sunt deloc sau prea puțin exploatate. Pentru viitor, se va puneun accent deosebit pe conceperea de sisteme complexe de folosire a energiei apelor geotermale din zonele cu potențial sporit. Baza acestor sisteme o vor forma schimbătoarele de căldură cu plăci și garnituri, în scopul extragerii unei cantități cât mai mari de energie termică geotermală, astfel încât apa geotermală să poată fi reinjectată (de preferință) sau deversată în emisar, având temperaturi controlate, de maximum 30-35°C. Apa geotermală evacuată din sistem va trebui să fie răcită cât mai mult (un ecart de temperatură cât mai mare), folosind un debit cât se poate de mic.

Acestea se vor putea obține, în condiții optime, în schimbătoarele de căldură cu plăci având mai multe treceri, sau în utilaje special concepute pentru astfel de aplicații, cu o singură trecere, dar având plăci cu înălțime mare. Dacă se are în vedere faptul că apele geotermale pot avea depuneri importante, pentru a reduce numărul demontărilor într-o perioadă de timp obișnuită (de obicei 1 an), se recomandă ca aceste plăci să aibă și variante cu adâncime de ambutisare specială. Până în momentul de față, astfel de plăci nu au fost concepute pe plan național, de aceea se consideră că se impun cercetări în acest domeniu, [7].

3.3 Defectarea schimbătoarelor de căldură

De obicei, schimbătoarele de căldură au o durată de viață mare, necesitând foarte puțină întreținere, sau chiar deloc. Cu toate acestea, există patru tipuri de defecțiuni care pot apărea la schimbătoarele de căldură:

mecanice;

coroziunea indusă chimic;

combinația dintre mecanică și coroziunea indusă chimic;

depuneri de mâl.

În continuare, se vor descrie aceste defecțiuni ce pot să apară, precum și acțiunile necesare prevenirii acestora.

Mecanic – aceste eșecuri pot fi în diferite forme: eroziune metalică, vibrații, oboseala termică, înghețarea și pierderi termice.

Eroziunea metalică – ia naștere datorită vitezei excesive a lichidului pe ambele părți sau pe o parte de tub din schimbătorul de căldură, ceea ce poate provoca eroziune dăunătoare metalului din tubulatură. Orice coroziune deja prezentă este accelerată, ca eroziune ce îndepărtează părțile protectoare ale tubului, expunând metalul la atac în continuare.

Majoritatea problemelor legate de eroziunea metalică apare în interiorul tuburilor. Zonele cele mai predispuse la eroziune ale schimbătoarelor de căldură de tip U sunt în zona de intrare și în zona de îndoire. În Fig. 36., [ ], este prezentată pierderea de metal într-o zonă de îndoire, provocată de temperatura mare a apei.

Zonele de intrare se confruntă cu o pierdere mare de metal, atunci când viteza fluidului este mare, fiind împărțite în mai multe fluxuri mici la intrarea în schimbătorul de căldură, [16].

Fig. 36. Eroziunea metalului în zona de îndoire, [16].

Viteza maximă recomandată în tuburi este în funcție de mai multe variabile: material, fluid și temperatură. Problemele de eroziune exterioare ale tuburilor rezultă, de obicei, de la aerul umed, respectiv de la aburi. Gazul umed este controlat prin supradimensionarea duzelor de admisie sau prin introducerea unor șicane de impact în duza de admisie, [16]. Apa de răcire este suficient de încălzită pentru a genera abur și reluarea debitului provoacă o condensare bruscă a aburului și produce o presiune dăunătoare metalului. Debitul apei de răcire trebuie să fie pornit întotdeauna înainte de încălzirea aplicată schimbătorului.

Fig. 37. Eroziunea metalului la intrarea în tub, [16].

Trebuie prevăzute orificii de întrerupere a aspirării condensatoarelor care vor fi manipulate fie în cochilie, fie în tuburi, astfel se împiedică deteriorarea cu aburi, rezultată din acumularea condensului.

Fig. 38, [ ], prezintă deteriorarea tubului la aburi, în acest caz, condensul acumulat în interior și accelerat rapid, a dus producerea unei unde de înaltă presiune, care a distrus tubul și a cauzat găurirea lui.

Fig. 38. Deteriorarea tubului la aburi, [16].

Oboseala termică în tuburi, în special în zona de îndoire, poate eșua din cauza oboselii rezultată în urma tensiunilor accumulate, asociate cu repetarea ciclului termic. Această problemă este foarte gravă, ea fiind diferența de temperatură care crește pe lungimea curbei tubului.[16]- nu am inteles!!!

Fig. 39. Viteza indusă prin vibrații în tub, [16].

În Fig. 40., [ ], este prezentat un exemplu de oboseală termică, diferența de temperatură a cauzat indoirea tubului, care acționează până la tracțiunea rezistenței materialului acesta fiind fisurat- nu am inteles!!!.
Aceste eșecuri sunt cele mai frecvente în evaporatoare sau condensatoare, dar ele pot apărea în orice schimbător de căldură în care temperaturile scad sub punctul de îngheț al fiecărui fluid din unitate.

Fig. 40. Oboseala termică a tubului, [16].

Răcirea într-un tub condensator este prezentată în Fig. 41., [ ], în acest caz, apa de răcire circulă în interiorul tubului, agentul frigorific fiind condensat pe aripioarele exterioare, unitatea nefiind dotată corespunzător pentru iarnă. Distorsiunea tubului indică faptul că a fost expusă cine a fost expusa ? presiunii excesive cauzate de înghețarea apei. Acest tip de defecțiune este cauzat de eliberarea bruscă a presiunii agentului frigorific din condensator.

În sistemele încălzite cu abur, răcire sau condensare- nu inteleg ?, reziduul de abur în carcasă închide supapa de control al aburului, continuând încălzirea apei sau a altor fluide pe latura tubului. Continuarea încălzirii determină expansiunea termică, ce creează presiuni mult mai mari decât rezistența tubului schimbătorului de căldură.

Fig. 41. Ruptura tubului condensatorului din cauza înghețării, [16].

Fig. 42., [ ], prezintă o insuficiență de dilatare termică a fontei capulului schimbătorului de căldură, [16].

Fig. 42. Defecțiune termică a capului din fontă, [16].

Supapele de siguranță sunt instalate în sistemul fluidizat încălzit pentru a preveni acest tip de eșec. De asemenea, se recomandă să se ofere unele mijloace de absorbție a expansiunii lichidului. Instalarea unui rezervor în sistemul de lichid încălzit previne descărcarea periodică a supapelor de salvare, care are ca rezultat pierderea fluidul sistemului și pune o încărcare excesivă asupra supapei. Aceste dispozitive sunt instalate între schimbătorul de căldură și orice supapă de închidere sau de control.

Coroziunea indusă chimic – duce la defecțiuni ce au loc datorită interacțiunii chimice complexe dintre materialele schimbătorului de căldură și fluidele circulate prin el. Există mai multe tipuri de coroziune: coroziune generală, coroziune pătrunzătoare, coroziunea la stres, dezincare, coroziune galvanică, coroziunea crepusculară și canelurile de condensare.

Coroziune generală este caracterizată printr-un atac relativ uniform asupra tubului.

În Fig. 43., [ ], este prezentat un tub care a devenit atât de subțire datorită coroziunii, încât a distrus de mijlocul. – nu am intele!!!

Fig. 43. Distrugerea tubului datorită coroziunii generale, [16].

Culoarea albastru-verde pe tubul din Fig. 44., [ ], prezintă rezultatele atacului de dioxid de carbon pe interiorul unui tub de cupru, [16].

Fig. 44. Coroziunea generală din interiorul tubului din cupru din cauza CO2, [16].

Selectarea unui material cu o rezistență adecvată la coroziune pentru mediul său, împreună cu utilizarea unui tratament chimic adecvat, mărește durata de viață a schimbătorului de căldură.

Coroziunea este localizată și frecvent întâlnită în metale feroase și neferoase. Coroziunea este prezentă prin zgârieturi, murdărie sau depuneri la scară ?, defecte de suprafață, rupturi ale straturilor de protecție. În Fig. 45., [ ], este prezentat atacul de oxigen pe un tub din cupru, [16].

Fig. 45. Acțiunea de corodare a oxigenului pe tubul din cupru, [16].

Fig. 46. Atacul de dioxid de carbon asupra tubului de cupru, [16].

Corodentul care provoacă coroziunea tuburilor de oțel este ionul de clor, care este prezent în orice compus formulat din clor.

Fig. 47. Coroziunea în tub, [16].

Fig. 48., [ ], prezintă o fisură de coroziune într-un tub îndoit din oțel inox. Corodentul care provoacă fisuri de coroziune la cupru sau aliaje de cupru este amoniacul.

Coroziunea galvanică are loc atunci când metale diferite sunt unite în prezența unui electrolit, cum ar fi apa acidă. Dacă o celulă galvanică simplă, compusă din cupru și oțel, este scufundată într-o soluție de acid sulfuric, oțelul corodează mai rapid decât cupru.

Fig. 48. Coroziunea unui tub din oțel, [16].

Fig. 49. Formarea condensului și atacul tubului, [16].

Eroziunea-coroziunea se găsește de obicei în zona de intrare a tuburilor, sub duza de admisie a cochiliei, la punctul de contact cu deflectoarele și tuburile și în interiorul tubului, în special în curbe mai strânse.

Fig. 50. Atacul tubului la eroziune-coroziune, [16].

Cu toate acestea, în cazul oboselii la coroziune prezentată în Fig. 51., [ ], tensiunile ciclice rup zonele protejate, această acțiune face coroziunea mai accelerată în zonele deschise. Tuburile sunt susținute- nu inteleg? în mod necorespunzător în tancurile de stocare a apei calde menajere care suferă adesea de acest tip de defecțiune.

Solubilitatea mineralelor este modificată de elemente din schimbătorul de căldură și anume: schimbări de temperatură sau reacții chimice. Când bicarbonatul de calciu, un constituent comun din multe ape, este încălzit, dioxidul de carbon este eliberat și materialul este redus la carbonat de calciu, compus relativ insolubil, care precipită și acoperă suprafețelele transferului de căldură, [16].

Fig. 51. Atacul coroziunii tubului, [16].

METODOLOGIA CERCETARII UTILIZATA IN TEZA DE DOCTORAT

4.1. Metodologia studiului analitic

În urma studierii bibliografiei legate de tema de cercetare, se vor putea evidenția aspecte legate de schimbătoarele de căldură.

4.1.1 Exemplu de calcul al diferenței de temperatură medie logaritmică pentru un schimbător de căldură cu aripioare

Mai jos este prezentată o instalație experimentală cu ajutorul careia s-au efectuat măsurători directe asupra unui schimbător de căldură cu aripioare.În urma aplicării acestei metode de cercetare și a relațiilor de calcul s-a determinat diferența de temperatură medie logaritmică.

Un fenomen foarte complex pentru transmiterea căldurii este prin convecție și care depinde de foarte mulți factori. Printre principalii factori de care depinde convecția amintim: cauzele apariției mișcării (mișcare liberă sau forțată), regimul de mișcare al fluidului

(regim laminar sau turbulent), proprietățile fizice ale fluidului (vâscozitate, căldură specifică, volum specific, greutate specifică etc.), forma și dimensiunile suprafeței corpului solid (lungime, diametru etc.).

În aceste condiții schimbul de căldură este mai intens în regimul turbulent decât în cel laminar.

În cadrul laboratorului de Termotehnica și Mașini termice, al Facultății de Mecanică din Craiova, a fost proiectată și realizată o instalație experimentală de răcire

cu schimbător de căldură cu aripioare.

Instalația permite determinarea parametrilor funcționali ai schimbătorului de căldură cu aripioare prin utilizarea a două circuite încrucișate: un circuit pentru încălzirea fluidului

(uleiului) format dintr-un rezervor de ulei, un grup de rezistențe electrice pentru ridicarea temperaturii fluidului și un sistem de recirculare format dintr-un grup moto-pompă, conducte de recirculare a fluidului, un filtru imersat în rezervorul de ulei, un circuit pentru răcire format dintr-un motor și un ventilator cu palete a cărui flux de răcire traversează perpendicular suprafața schimbătorului de căldură. Pentru măsurarea parametrilor funcționali, instalația a fost prevăzută cu o pereche de termocuple a căror sonde se află în contact cu fluidul de încălzire, două termometre digitale cuplate la termocuplele de temperatură, și un contor pentru a se putea determina debitul de fluid recirculat în instalație.[31]

Fig.52 Instalația experimentală pentru determinarea eficienței schimbătoarelor de

căldură cu aripioare: 1 – rezervor; 2 – pompă; 3 – termometru; 4 – contor de apă; 5 – schimbător de căldură;

6 – ventilator; 7 – termometru;[31]

Fig.53 Instalația experimentală pentru determinarea eficienței schimbătoarelor de

căldură cu aripioare 1-termometre digitale; 2- panou electric; 3-electropompă; 4 -rezervor de lichid;5 –rezistențe

electrice;6-termocuplu TTC Fier-Constantan;7 -conducte de recirculare;8 -motor electric cu ventilator;

9 -schimbător de căldură;10- suport[31]

Instalația este prevăzută cu un panou electric care permite alimentarea cu energie electrică, atât a surselor de căldură – rezistențele electrice, cât și a celor două motoare electrice pentru acționarea pompei hidraulice și a ventilatorului.[31]

Fig. 54. Reprezentarea punctelor de măsurare pe suprafața schimbătorului de căldură[31]

Pentru determinarea consumului de energie electrică consumată în timpul procesului de răcire cu schimbătorul de căldură instalația a fost prevăzută cu un ampermetru, montat în serie și un voltmetru montat în paralel.

Pentru a se putea determina temperatura și viteza de curgere a fluidului de răcire transmis de ventilator s-a folosit un anemometru și termometru electronic, cu ajutorul căruia au fost măsurate temperaturile în nouă puncte stabilite pe suprafața de lucru a schimbătorului de căldură, precum și viteza de ventilare în aceste puncte.

La stabilirea temperaturilor fluidului de răcire la intrare pe schimbător, instalația a fost prevăzută cu un termometru cu mercur, gradat în grade Celsius, cu precizia de 1 0C.

Datele astfel obținute au fost procesate prin intermediul softului Microsoft Excel. Măsurările au fost efectuate pentru un numar de zece valori distincte ale temperaturii fluidului de încalzire.

Pentru realizarea efectivă a măsurărilor au fost parcurse mai multe etape:

s- a măsurat și înregistrat temperatura de intrare în schimbătorul de căldură la termometrul electronic T1;

s- a măsurat și înregistrat temperatura de ieșire în schimbătorul de căldură la termometrul electronic T2;

s- a măsurat la termometrul cu mercur temperatura aerului de răcire a schimbătorului de căldură;

s-a înregistrat valoarea debitului de ulei recirculat prin schimbătorul de căldură.

au fost determinate vitezele de curgere a aerului de răcire prin structura schimbătorului de căldură, în nouă puncte, cu ajutorul anemometrului. În momentul înregistrării vitezei de curgere s-a măsurat și temperatura în fiecare punct de pe suprafața schimbătorului de căldură.[31]

pentru fiecare ciclu de mărire a temperaturii și de înregistrare a datelor parametrilor procesului de răcire, a fost determinată perioada de timp în care temperatura a crescut de la valoarea precedentă până la valoarea ulterioară (creșterea de temperatură a fost din 2 în 2 0C).

Tabelul 1 Date experimentale[31]

Concluzii

În urma studierii regimurilor termice în schimbătoarele de căldură cu

aripioare din datele experimentale astfel obținute au fost constatate următoarele:

pe măsură ce temperatura uleiului de transformator din schimbător a crescut, a crescut corespunzător și temperatura pe suprafața schimbătorului de căldură care a fost măsurată cu anemometru.

Astfel se va mări diferența de temperatură în raport cu aerul de răcire conducând la o intensificare a transferului de căldură.

Astfel se ajunge la concluzia că temperatura în centrul schimbătorului de căldură este cu valori perceptibile mai mari decât la perifericele acestuia dar cu o tendință de uniformizare pe măsură ce crește temperatura fluidului de lucru.

Neuniformitatea repartiției temperaturii pe suprafața schimbătorului de căldură este datorată repartiției neuniforme a vitezei de curgere a aerului de răcire.

Temperatura pe perifericele schimbătorului de căldură este influențată și de căldura schimbată de suprafețele laterale ale acestuia.[31]

4.2 Metodologia studiului numeric prin Metoda Elementelor Finite (MEF)

Schimbătoarele de căldură au o mare aplicabilitate în procesele de încâlzire, topire, sublimare, fierbere, evaporare, condensare, răcire și solidificare. Un model real de schimbător de căldură a fost modelat în Solidworks urmând apoi a fi analizat cu un program cu elemente finite pentru a se determina transferul de căldură.

Au fost determinate câmpurile de temperatură, densitatea și distribuția de presiuni în interiorul schimbătorului de căldură.

Modelul schimbătorului de căldură a fost măsurat și modelul 3D a fost creat în Solidworks.[31]

Fig.55 Model de schimbător de căldură[31]

Fig.56 Dimensionarea schimbătorului de căldură[31]

Este întâlnită frecvent întrebarea dacă un schimbător de căldură din aluminiu poate avea o performanță bună.[31

Tabel 2

Proprietățile aluminiului[31]

În figura următoare este prezentată simularea modelului 3D prin metoda elementului finit a unui schimbător de căldură în condiția inițială pentru metanol și apă. [31]

Fig.57 Condiție inițială pentru schimbătorul de căldură[31]

Rezultatele în urma simulării elementului finit sunt date în figurile prezentate mai jos.

Fig.58 Câmpul de densitate al fluidului[31]

Fig.59 Distribuția presiunii în schimbătorul de căldură[31]

Fig.60 Câmpul de temperatură în diferite secțiuni ale schimbătorului de căldură[31]

Fig.61 Câmpul de temperatură în diferite secțiuni ale schimbătorului de căldură[31]

Deoarece în experimente reale nu putem folosi diferite condiții de lucru pentru schimbătoarele de căldură, din acest motiv simularea elementului finit ne oferă informații despre transferul de căldură în schimbătoarele de căldură.

Se poate observa că în zona în care apa intră în schimbătorul de căldură transferul de căldură este cel mai mare iar metanolul ajunge la o temperatură medie în jur de 25-300C. De asemenea în partea de jos a schimbătorului de căldură datorită faptului că apa rece ia din căldura aflată la partea superioară, transferul de căldură are o valoare mică.
Datorită simulării elementului finit din acest exemplu avem informații valoroase despre transferul de căldură efectuat între două fluide într – un schimbător de căldură din aluminiu. Astfel, fluxul de căldură transferat în schimbătorul de căldură este analizat în mai multe secțiuni.

Datele care s-au obținut în această simulare au o valoare apropiată față de stare reală.[31]

4.3 VALIDAREA REZULTATELOR

În urma cercetările se vor finaliza rezultatele care vor fi obținute în urma studiilor întreprinse.

De asemenea vor fi validate anumite schimbătoare de cădură ce se utilizează în anumite domenii pe baza încercărilor mecanice și a calculelor analitice aferente.

Se va valida modelul analitic cu cel numeric și cu cel experimental, urmărindu-se realizarea cât mai utilă a condițiilor de studiu din laborator cu cele in situ.

5. EVALUAREA RISCULUI

Evaluarea riscurilor profesionale este o obligație a angajatorilor, cerută de directivele europene transpuse în legislația națională, în cadrul procesului de aderare a României la Uniunea Europeană. Fiecare stat membru al Uniunii Europene a aderat la un set de valori comune, reprezentat, de obicei, prin directive europene în toate domeniile, inclusiv în cel al securității și sănătății în muncă.

Principiul de bază al politicii europene comune în domeniul securității și sănătății în muncă este următorul: fiecare lucrător al Uniunii Europene merită un loc de muncă sigur.

Evaluarea riscurilor profesionale este un instrument ce demonstrează aplicarea principiilor de prevenire la nivelul întreprinderii/unității. Aceasta înseamnă că orice întreprindere trebuie să anticipeze pericolele care pot genera accidente de muncă sau boli profesionale, în loc să reacționeze după ce astfel de evenimente au avut loc.

O etapă esențială pentru a implementa o abordare responsabilă în domeniul securității și sănătății la locul de muncă este evaluarea riscurilor profesionale. Înainte de a se realiza o evaluare a riscurilor profesionale, locul de muncă trebuie să îndeplinească cerințele minime de securitate și sănătate în muncă legale, în vigoare.

Procedura de evaluare a riscurilor profesionale în întreprinderile mici și mijlocii poate fi rezumată după cum urmează:

• identificarea pericolului

• eliminarea pericolului, dacă este rezonabil posibil

• analizarea pericolului, dacă acesta nu poate fi eliminat și evaluarea riscului

• luarea de măsuri pentru a limita consecințele

• supravegherea riscurilor

Evaluarea riscurilor profesionale trebuie să acopere fiecare activitate și fiecare post de lucru dintr-o întreprindere, luând în considerare fiecare componentă a sistemului de muncă, respectiv – lucrător, sarcină de muncă, echipamente de muncă și mediu de muncă.

Evaluarea riscurilor servește la îmbunătățirea continuă a condițiilor de muncă și, în acest scop, necesită o documentare adecvată și susținută. În evaluarea riscurilor profesionale se recomandă implicarea lucrătorilor și, dacă este cazul, a reprezentanților acestora cu răspunderi specifice în domeniul securității și sănătății în muncă, respectiv a comitetelor de securitate și sănătate în muncă (CSSM). Lucrătorii cunosc cel mai bine situațiile periculoase de la posturile de lucru, iar CSSM și reprezentanții lucrătorilor cu răspunderi în domeniul securității și sănătății în muncă sunt formați și informați cu privire la pericolele specifice activităților din întreprindere.

Noțiunile de bază utilizate sunt următoarele:

pericol – orice poate cauza o vătămare;

risc – combinația între gravitatea vătămării și probabilitatea unui pericol de a cauza vătămarea;

prevenire – aplicarea măsurilor pentru eliminarea sau reducerea riscului, înainte ca un eveniment să aibă loc

evaluare a riscului – procesul de estimare a pericolelor la postul de lucru;

O evaluare de risc trebuie să fie:

sistematică – urmând o procedură definită, respective, o metodologie;

cuprinzătoare – pentru a aloca priorități măsurilor recomandate;

adecvată – în ceea ce privește gravitatea și probabilitatea pericolelor;

documentată – pentru a demonstra că măsurile recomandate se bazează pe dovezi.

6. SOLUȚII ALTERNATIVE

Aceste soluții alternative vor rezulta ca urmare a finalizării cercetărilor.

7. CALENDAR ESTIMATIV – DIAGRAMA GANTT

Diagrama Gantt pentru PPUA

2018 | 2019 | 2020 | 2021

BIBLIOGRAFIE

[1] Badea, A., Stan, M., Pătrașcu, R., Necula, H., Darie, G., Blaga, P., Mihăescu, L., Ulmeanu, P., 2003, Bazele termoenergeticii, Universitatea Politehnica din București Facultatea de Energetică, București

[2] Bălțeanu, A., anul, Cercetări teoretice și studii de caz aplicative sau simulate in domeniul

fabricației schimbatoarelor de caldura pentru industria auto, Rezumatul tezei de doctorat, titlul Tezei, unde a fost sustinuta

[3] Duinea, A., M., anul, Echipamente și instalații termice II, Suport de curs, Universitatea

[4] Lavric, E, D., 2000, Schimbătoare de căldură de mare eficacitate, MATRIX ROM. București

[5] Maksay, Șt., Bistrian, D.,A., 2008, Introducere în metoda elementelor finite, Ed.Cermi, Iași

[6] Necula, H., Badea, A., Ionescu, C., anul, Schimbătoare de căldură compacte, AGIR, editura, localitatea

[7] Pleșa, A., Grieb, C., F., Nagi, M., 2008, Utilaje termice, Vol.1, Editura MEDIAMIRA, Cluj-Napoca

[8] Palade, V., Ștefănescu, I., I., 2000, Recipiente și aparate tubulare, Ed. SEMNE, București

[9] Pătuleanu, L.,V., Miron, initiala, anul, Transferul de căldură prin mini și microcanalele sistemelor de răcire a CPU, Referat 1,2,3, universitatea, localitatea

[10] Rădoi, F., anul, Modelarea, simularea și identificarea experimentală a sistemelor de încălzire auxiliare pentru autovehicule, Teză de doctorat, universitatea, localitatea

[11] Sadik, K., Hongtan, l., Ancasa, P., 2002, Heat Exchangers, Second Edition, CRC Press, localitatea

[12] Stănescu, D.-P., Antonescu, N. N., 2013, Aparate termice, curs, Ed. Matrix Rom, București

[13]https://www.academia.edu/24248619/Dumitru_Dobrinescu_Echipamente_de_transfer_termic_si_utilaje_specifice

[14] http://www.creeaza.com/tehnologie/constructii/instalatii/ELEMENTE-DE-TRANSMITEREA-CALDU292.php

[15] https://hal.univ-lorraine.fr/tel-01749411/document

[16] https://www.deppmann.com/home/wp-content/uploads/2016/10/4-Types-of-Heat-Exchanger-Failures-article.pdf

[17] www.scribd.com/document/343445482/Energetica-schimbatoare-de-caldura-pdf (data consultarii)

[18] www.scribd.com/document/125141316/Dimensionarea-Unui-Schimbator-de-Caldura-Cu-Fascicul-Tubular-in-Manta (data consultarii)

[19] www.scribd.com/document/397985826/120332403-CURS-APARATE-TERMICE-1-pdf (data consultarii)

[20] www.scribd.com/document/396758267/120127105-priectarea-unui-schimbator-de-caldura-cu-placi-1-pdf (data consultarii)

[21] www.scribd.com/presentation/116723573/Schimbatoare-de-Caldura (data consultarii)

[22] www.scribd.com/document/88476554/Aparate-termice (data consultarii)

[23] www.scribd.com/document/87009633/Schimbatoare-de-Caldura (data consultarii)

[24] www.scribd.com/document/55947020/Schimbatoare-de-Caldura-Curs (data consultarii)

[25] https://www.scribd.com/document/52784649/Nagi-Mihai-Schimbatoare-de-caldura-VOL-I (data consultarii)

[26] www.scribd.com/document/45877278/1-Modelarea-cu-elemente-finite-a-structurilor-mecanice (data consultarii)

[27] https://www.scribd.com/document/396265877/14-9-ME-002-1997-pdf (data consultarii)

[28] http://www.ie.asm.md/assets/files/05-B32.pdf (data consultarii)

[29]https://www.researchgate.net/publication/272178932_SIMULARE_CFD_A_CURGERII_PE_O_PLACA_ONDULATA (data consultarii)

[30] http://www.fasteco.ro/download/01.Prezentare%20_Enigma.pdf (data consultarii)

[31] https://www.scribd.com/document/169833817/Transfer-de-Caldura-Si-Masa (data consultarii)