Înainte de a începe funcționarea sistemului de încălzire, luăm în considerare proprietățile fizice ale apei care ne interesează.
Căldură specifică
O proprietate importantă a oricărui transportator de căldură este capacitatea sa de căldură. Dacă o exprimăm prin masa și diferența de temperatură a transportorului de căldură, obținem căldura specifică. Acesta este desemnat de litera c și are dimensiunea kJ / (kg • K) Căldura specifică este cantitatea de căldură care trebuie transferată la 1 kg de substanță (de exemplu apă) pentru ao încălzi cu 1 ° C. Dimpotrivă, substanța dă aceeași cantitate de energie la răcire. Valoarea medie a căldurii specifice de apă în intervalul între 0 ° C și 100 ° C este:
c = 4,19 kJ / (kg • K) sau c = 1,16 Wh / (kg • K)
Cantitatea de căldură absorbită sau eliberată Q. exprimată în J sau kJ. depinde de masa m. exprimată în kg. încălzirea specifică c și diferența de temperatură, exprimată în K.
Creșterea și scăderea volumului
Modificarea volumului apei
Toate materialele naturale se extind cu încălzire și contract cu răcire. Singura excepție de la această regulă este apa. Această proprietate unică se numește o anomalie a apei. Apa are cea mai mare densitate la +4 ° C, la care 1 dm3 = 1 litru are o masă de 1 kg.
Dacă apa este încălzită sau răcită în legătură cu acest punct, volumul său crește, ceea ce înseamnă o scădere a densității, adică apa devine mai ușoară. Acest lucru poate fi văzut în mod clar în exemplul unui rezervor cu un punct de deversare. În rezervor există exact 1000 cc de apă cu o temperatură de +4 ° C. Când apa este încălzită, o cantitate va fi descărcată din rezervor într-un recipient de măsurare. Dacă apa este încălzită la 90 ° C, exact 35,95 cm3 vor curge în recipientul de măsurare, ceea ce corespunde la 34,7 g. De asemenea, apa se extinde pe măsură ce se răcește sub +4 ° C.
Datorită acestei anomalii a apei în râuri și lacuri în timpul iernii, stratul superior îngheață. Din același motiv, gheața plutește la suprafață, iar soarele de primăvară îl poate topi. Nu s-ar fi întâmplat dacă gheața a fost mai grea decât apa și sa scufundat în fund.
Rezervor cu punct de reaprindere
Cu toate acestea, această proprietate a extinderii poate fi periculoasă. De exemplu, motoarele auto și pompele de apă pot exploda dacă apa din ele se blochează. Pentru a evita acest lucru, se adaugă aditivi în apă, care împiedică înghețarea acestuia. Sistemele de încălzire folosesc adesea glicoli; raportul dintre apă și glicol, consultați specificațiile producătorului.
Caracteristicile apei fierbinți
Dacă apa este încălzită într-un recipient deschis, se va fierbe la o temperatură de 100 ° C. Dacă măsurați temperatura apei fierbinți, se pare că aceasta rămâne la 100 ° C până când ultima picătură se evaporă. Astfel, consumul constant de căldură este utilizat pentru a evapora complet apa, adică pentru a-și schimba starea agregată.
Această energie este numită și căldură latentă (latentă). Dacă alimentarea cu căldură continuă, temperatura aburului format va începe din nou să crească.
Modificarea stării agregate cu creșterea temperaturii
Procesul descris este prezentat la o presiune a aerului de 101,3 kPa la suprafața apei. La orice altă presiune a aerului, punctul de fierbere al apei se deplasează de la 100 ° C
Dacă am repeta experimentul descris la o altitudine de 3000 m - de exemplu, la Zugspitze, cel mai înalt vârf din Germania - am fi descoperit că apa se fierbe acolo la 90 ° C. Motivul pentru acest comportament este scăderea presiunii atmosferice cu altitudinea.
Punctul de fierbere al apei în funcție de presiune
Cu cât presiunea este mai mică pe suprafața apei, cu atât este mai mică punctul de fierbere. În schimb, punctul de fierbere va fi mai mare cu creșterea presiunii pe suprafața apei. Această proprietate este folosită, de exemplu, în mașinile de gătit sub presiune.
Graficul arată dependența punctului de fierbere al apei de presiune. Presiunea în sistemele de încălzire este în mod intenționat crescută. Acest lucru ajută la prevenirea formării bulelor de gaz în condiții de funcționare critice și, de asemenea, împiedică intrarea aerului exterior în sistem.
Extinderea apei prin încălzire și protecție împotriva presiunii excesive
Sistemele de încălzire a apei funcționează la temperaturi ale apei de până la 90 ° C. În mod tipic, sistemul este umplut cu apă la o temperatură de 15 ° C, care apoi se extinde când este încălzit. Această creștere a volumului nu ar trebui să permită producerea unei presiuni excesive și a unui exces de lichid.
Sistem de încălzire cu supapă de siguranță încorporată
Când încălzirea este oprită în timpul perioadei de vară, volumul de apă revine la valoarea inițială. Astfel, pentru a asigura o expandare nestingherită a apei, este necesar să se instaleze un rezervor suficient de mare.
Sistemele vechi de încălzire au avut rezervoare de expansiune deschise. Ele erau întotdeauna situate deasupra celei mai înalte părți a conductei. Pe măsură ce temperatura în sistem a crescut, ceea ce a dus la extinderea apei, nivelul a crescut și în rezervor. Când temperatura a fost redusă, a scăzut în consecință.
Sistemele moderne de încălzire utilizează tancurile de expansiune cu membrană (MPB). Atunci când presiunea din sistem este mărită, presiunea în conducte și în alte elemente ale sistemului nu trebuie să crească peste valoarea limită.
Prin urmare, o condiție obligatorie pentru fiecare sistem de încălzire este prezența unei supape de siguranță.
Dacă presiunea este crescută peste valoarea normală, supapa de siguranță trebuie să se deschidă și să exagereze excesul de apă pe care rezervorul de expansiune nu îl poate conține. Cu toate acestea, într-un sistem atent conceput și menținut, o astfel de condiție critică nu ar trebui să apară niciodată.
Compensarea pentru schimbarea volumului de apă din sistemul de încălzire:
Toate aceste considerente nu iau în considerare faptul că pompa de circulație crește în continuare presiunea din sistem. Relația dintre temperatura maximă a apei selectată de pompă, mărimea rezervorului de expansiune și presiunea supapei de siguranță trebuie reglate cu atenție. Selecția aleatorie a elementelor sistemului - chiar și pe baza costurilor - este, în acest caz, inacceptabilă.
Rezervorul de expansiune cu membrană este alimentat cu azot. Presiunea inițială în rezervorul de expansiune trebuie ajustată în funcție de sistemul de încălzire. Extinderea apei din sistemul de încălzire intră în rezervor și comprimă camera de gaz prin diafragmă. Gazele pot fi comprimate, dar lichidele nu pot.
Determinarea presiunii
Presiunea este presiunea statică a lichidelor și a gazelor măsurată în recipiente, conducte în raport cu presiunea atmosferică (Pa, mbar, bar).
Presiune statică
Presiunea statică este presiunea unui lichid fix.
Presiunea statică = nivelul deasupra punctului de măsurare corespunzător + presiunea inițială în rezervorul de expansiune.
Presiune dinamică
Presiunea dinamică este presiunea unui flux de fluid în mișcare. Debitul de pompare al pompei Aceasta este presiunea la ieșirea pompei centrifuge în timpul funcționării.
Presiune diferențială
Presiunea dezvoltată de o pompă centrifugală pentru a depăși rezistența totală a sistemului. Se măsoară între orificiul de intrare și ieșire al pompei centrifuge.
Presiunea de lucru
Presiunea disponibilă în sistem când pompa funcționează. Presiune de lucru admisă Valoarea maximă a presiunii de lucru permisă de condițiile de siguranță ale pompei și ale sistemului.
Cavitația este formarea bulelor de gaz ca urmare a apariției unei presiuni locale sub presiunea de vapori a lichidului pompat la intrarea rotorului. Aceasta conduce la o scădere a productivității (capului) și a eficienței și cauzează zgomotul și distrugerea materialului părților interne ale pompei. Datorită colapsului bulelor de aer în zonele cu presiune mai mare (de exemplu, la ieșirea rotorului), explozii microscopice cauzează vârfuri de presiune care pot deteriora sau distruge sistemul hidraulic. Primul semn al acestui fapt este zgomotul în rotor și eroziunea acestuia.
Un parametru important al pompei centrifuge este NPSH (înălțimea coloanei de lichid de deasupra conductei de aspirație a pompei). Aceasta determină presiunea minimă de admisie a pompei cerută de acest tip de pompă să funcționeze fără cavitație, adică presiunea suplimentară necesară pentru a preveni apariția bulelor. Valoarea NPSH este afectată de tipul rotorului și de viteza pompei. Factorii externi care afectează acest parametru sunt temperatura lichidului, presiunea atmosferică.
Prevenirea cavitației
Pentru a evita cavitația, lichidul trebuie să curgă la intrarea pompei centrifuge la o anumită înălțime minimă de aspirație, care depinde de temperatură și de presiunea atmosferică.
Alte modalități de a preveni cavitația sunt:
• Creșterea presiunii statice
• scăderea temperaturii lichidului (reducerea presiunii vaporilor PD)
• Selectarea unei pompe cu o valoare mai mică a capului hidrostatic constant (înălțimea minimă de aspirație, NPSH)
Acum puteți răspunde cu ușurință la întrebarea din titlul subiectului
Trimiteți-le prietenilor: