Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
TEHNIKA HLAĐENJA 2007<br />
9. CJEVOVODI ZA RADNU TVAR<br />
9.1. PREPORUČENE BRZINE I PADOVI TLAKA<br />
Da bi rashladni sustav mogao funkcionirati, pojedine komponente moraju se povezati<br />
cjevovodima. Dimenzije tih cjevovoda utječu u velikoj mjeri na rad sustava.<br />
S gledišta cijene uređaja poželjno je da su cjevovodi za radnu tvar čim manjeg promjera. S<br />
druge strane, čim su promjeri cjevovoda manji tim je veći pad tlaka, pa se smanjuje i faktor<br />
hlađenja (sl. 6.8.), a time se povećavaju troškovi rada sustava, pa su s gledišta pogonskih<br />
troškova poželjni veći promjeri cjevovoda.<br />
Iz navedenog je jasno da se kod odabira dimenzija cjevovoda radi o određivanju optimalne<br />
vrijednosti promjera cjevovoda, koji osiguravaju minimalne ukupne troškove sustava, a ti<br />
troškovi uključuju troškove gradnje i troškove pogona.<br />
Tipične brzine strujanja (orijentacijske vrijednosti) prikazane su u tablici 9.1. To su optimalne<br />
brzine strujanja kod kojih pad tlaka nije toliko velik da bi njegov utjecaj na troškove rada bio<br />
od većeg značaja.<br />
Tab. 9.1. Orijentacijske vrijednosti preporučenih brzina strujanja radnih tvar u cjevovodima<br />
Radna tvar<br />
Usisni vod Tlačni vod Kapljevinski vod<br />
m/s<br />
m/s<br />
m/s<br />
R 717 10÷20 (30) (10) 15 ÷ 25 0,5 ÷ 1,25<br />
R 22 5(7) ÷ 25(18) (8) 10 ÷ 20 0,5÷1 (1,25)<br />
R 134a<br />
manji uređaji 4 ÷ 9 8 ÷ 11<br />
veći uređaji 7 ÷ <strong>12</strong> 10 ÷ 15<br />
0,4 ÷ 0,8<br />
R 4.. (zeotropske smjese) 8 ÷ 20 10 ÷ 20 0,5 ÷ 1<br />
S navedenim brzinama osigurani su umjereni padovi tlaka po dužnom metru cjevovoda. Na<br />
ukupni pad tlaka utječe i duljina cjevovoda, pa se obično ograničuje i ukupni pad tlaka u<br />
cjevovodu.<br />
Tab. 9.2. Orijentacijske vrijednosti preporučenih ukupnih padova tlaka u cjevovodima<br />
Radna tvar<br />
Usisni vod<br />
0 ÷ -30 o C<br />
bar<br />
Usisni vod<br />
< -30 o C<br />
bar<br />
Tlačni vod<br />
bar<br />
R 717 0,05 ÷ 0,2 0,05 0,14 ÷ 0,28<br />
R 22 0,07 ÷ 0,2 0,07 0,14 ÷ 0,28<br />
R 134a 0,07 ÷ 0,2 0,06 0,17 ÷ 0,35<br />
R 4.. 0,07 ÷ 0,15 0,05 0,15 ÷ 0,35<br />
Kapljevinski<br />
vod od receivera<br />
do prig. ventila<br />
ne dozvoliti<br />
isparivanje u<br />
cjevovovodu do<br />
prigušnog ventila<br />
Pad tlaka fluida u zasićenom stanju povezan je s promjenom temperature, Često se u<br />
tablicama prikazuju ostvarivi rashladni učinci kod protoka radne tvari kroz cjevovod<br />
odgovarajućeg promjera, koji osiguravaju da promjena temperature zasićenja uslijed pada<br />
tlaka ne prijeđe neku unaprijed zadanu graničnu vrijednost. Vrijednosti se obično odnose na<br />
dužni metar cjevovoda. Primjer za amonijak dan je u tablicama 9.3 i 9.4 (Izvor: ASHRAE<br />
Handbook - Refrigeration 2006). Slični podaci dani su i za ostale radne tvari.<br />
168
TEHNIKA HLAĐENJA 2007<br />
Tab. 9.3. Raspoloživi učinci (kW) pri protoku amonijaka kroz čelične cjevovode, s padovima<br />
tlaka koji odgovaraju ekvivalentnoj promjeni temperature 0,005 K/m i 0,01 K/m.<br />
Temperatura zasićenja usis o C<br />
Nominalni promjer<br />
čeličnog cjevovoda mm<br />
Temperatura zasićenja usis o C<br />
Nominalni promjer<br />
čeličnog cjevovoda mm<br />
Tab. 9.4. Raspoloživi učinci (kW) pri protoku amonijaka kroz čelične cjevovode, za usisne,<br />
tlačne i kapljevinske cjevovode<br />
nominalni<br />
promjer<br />
čeličnog<br />
cjevovoda<br />
mm<br />
Usisni cjevovodi ΔT=0,02 K/m<br />
Temperatura zasićenja za usis o C<br />
Tlačni cjevovodi<br />
ΔT=0,02 K/m Δp=684 Pa/m<br />
Temp. zasićenja za usis o C<br />
nom.<br />
promjer<br />
čeličnog<br />
cjevov.<br />
mm<br />
<strong>Cjevovodi</strong><br />
kapljevine<br />
Brzina =<br />
169
TEHNIKA HLAĐENJA 2007<br />
Brzine strujanja ne smiju biti niti preniske, jer to može prouzročiti probleme s povratom ulja u<br />
kompresor kod radnih tvari koje otapaju ulja (npr. HCFC-i). To je posebno važno kad se<br />
strujanje odvija prema gore u vertikalnim cijevima. Približna vrijednost mimimalne brzine<br />
koja osigurava povrat ulja je<br />
<strong>12</strong>6<br />
w ≥<br />
ρ<br />
gdje je w brzina u m/s, a ρ gustoća u kg/m 3 .<br />
9.2. IZRAZI ZA IZRAČUNAVANJE PADA TLAKA U CJEVOVODIMA<br />
9.2.1. Jednofazno strujanje -strujanje pare ili kapljevine<br />
9.2.1.1. Pad tlaka uslijed trenja<br />
Za određivanje Δ p koristi se izraz za pad tlaka kod jednofaznog strujanja:<br />
2<br />
L ρw<br />
Δ pr<br />
= λr<br />
di<br />
2<br />
Ovisno od visine hrapavosti cijevi R i Reynoldsove značajke koja se izračunava prema<br />
izrazu<br />
( m )<br />
a<br />
wd wρd<br />
& A d 4m&<br />
Re = = = = koriste se različiti izrazi za faktor trenja.<br />
ν μ μ πdμ<br />
m& [kg/m 2 s] predstavlja gustoću masenog protoka radne tvari<br />
0,158<br />
Za 3000 < Re < 100000 koristi se često korelacija Blasiusa λ r = .<br />
0, 25<br />
Re<br />
Druga, često korištena korelacija Colburna je<br />
Za 5000 Re < 200000<br />
0,092<br />
λ .<br />
Re<br />
<<br />
r =<br />
0, 2<br />
Još jedna, često korištena korelacija za glatke cijevi i široko područje vrijednosti Reynoldsove<br />
značajke je korelacija koju je dao Gnielinski<br />
Za<br />
6<br />
< Re < 5 10 vrijedi<br />
2300 ⋅<br />
0,5<br />
λ =<br />
.<br />
r<br />
( 0,79ln Re−1,64) 2<br />
9.2.1.2. Pad tlaka uslijed lokalnih otpora<br />
Δ p<br />
lok<br />
= λ<br />
lok<br />
L<br />
d<br />
i<br />
2<br />
ρw<br />
2<br />
Faktori lokalnih otpora fazonskih komada (lukovi, račve, suženja, proširenja), armature i sl.<br />
daju se u tablicama hidrauličkih otpora.<br />
170
TEHNIKA HLAĐENJA 2007<br />
Lokalni otpori mogu se uzeti u obzir na način da se otpor fazonskih komada, armature i sl.<br />
uzmu kroz ekvivalentnu duljinu cjevovoda, što znači da se lokalni otpor strujanju iskaže kao<br />
otpor strujanja uslijed trenja kroz dio cjevovoda istog nazivnog otvora i duljine L.<br />
Tab. 9.5. Gubici fazonskih komada izraženi u ekvivalentnim metrima duljine cjevovoda<br />
Nazivni<br />
promjer<br />
cijevi<br />
Koljena<br />
Protok<br />
kroz<br />
ogranak<br />
T - komadi<br />
Protok uzduž T - komada<br />
mm<br />
Tab. 9.6. Gubici suženja i proširenja izraženi u ekvivalentnim metrima duljine cjevovoda<br />
Nominalni<br />
promjer<br />
cijevi<br />
Naglo proširenje d/D Naglo suženje d/D Oštar rub Ubod cijevi<br />
Ulaz Izlaz Ulaz Izlaz<br />
mm<br />
171
TEHNIKA HLAĐENJA 2007<br />
9.2.2. Dvofazno strujanje -strujanje smjese pare i kapljevine<br />
Za određivanje ukupnog pada tlaka<br />
odrediti pad tlaka zbog trenja<br />
Δ p u<br />
i statički pad tlaka Δ psk<br />
uzrokovan razlikom visine.<br />
Δp<br />
u cijevima u kojima se odvija isparivanje potrebno je<br />
Δ pr<br />
, promjena tlaka zbog ubrzanja ili usporenja fluida u cijevi<br />
Δ p = Δp<br />
± Δp<br />
r<br />
u<br />
+ Δp<br />
s<br />
Pad tlaka uslijed ubrzavanja između presjeka 1 i 2 računa se pomoću impulsnog stavka:<br />
ρm2w2<br />
ρm1w1<br />
Δ pu<br />
= − .<br />
2 2<br />
gdje su w 2<br />
i w 1<br />
izlazna i ulazna brzina radne tvari na dijelu cjevovoda. Tu se podrazumijeva<br />
da radna tvar isparuje, dakle dovodi joj se toplina.<br />
statički pad tlaka<br />
Δ psk<br />
računa se kao:<br />
H<br />
2<br />
∫<br />
Δp s = ρ dz<br />
Ovdje je problem odrediti gustoću smjese kapljevine i pare ρ m . Ako se priomijeni tzv.<br />
homogeni model, gdje je usvojeno da su brzine dviju faza jednake, može se pisati:<br />
0<br />
m<br />
2<br />
1<br />
ρ<br />
m<br />
m<br />
( − x) vl<br />
xvv<br />
= v = 1 +<br />
gdje je vl<br />
specifični volumen kapljevine, vv<br />
specifični volumen pare i x udio pare.<br />
Pad tlaka uslijed trenja kod dvofaznog strujanja može se odrediti korištenjem Chisholmovog<br />
modela kao:<br />
2<br />
Δ pr = Δp l<br />
Φ<br />
l<br />
,<br />
pri čemu je:<br />
2<br />
2 ⎡21<br />
0.9 0.9 1,8 ⎤<br />
Φ = 1−<br />
( Γ −1) ⎢<br />
x&<br />
( 1−<br />
x&<br />
) + x&<br />
l<br />
⎣ Γ<br />
⎥ ⎦<br />
i<br />
0,5 0,1<br />
⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />
⎜<br />
ρ μ<br />
l ⎟<br />
g<br />
Γ =<br />
⎜<br />
⎟<br />
⎝ ρ g ⎠ ⎝ μl<br />
⎠<br />
Množilac za dvofazno strujanje Φ<br />
l<br />
ovdje se odnosi na kapljevitu fazu.<br />
Za određivanje Δ pl<br />
usvaja se da kroz cijev teče samo kapljeviti dio struje i da potpuno<br />
ispunjava presjek cijevi. Ukupni pad tlaka dobiva se integracijom po dužini cijevi.<br />
172
Change language