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Generatori di vapore - Generatori di vapore a tubi da fumo

tecnica


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Generatori di vapore

rubinetto

 



















Il bruciatore fornisce calore al liquido, e siccome il volume è costante, aumenta la pressione del vapore. Nel momento in cui si apre il rubinetto, si può prelevare il vapore alla pressione voluta, ma subito dopo si ha una caduta di pressione; per compensarla si introduce acqua tramite la pompa, in una quantità pari a quella di vapore sottratto. Con questo meccanismo è possibile ottenere una portata di vapore a pressione costante.

Occorre notare che la pressio 656h71g ne presente all'interno del contenitore non è dovuta alla pompa, ma all'energia termica sviluppata dal bruciatore.


Generatori di vapore a tubi da fumo














Generatori di vapore a tubi d'acqua

In questi apparecchi il circuito scaldato è contenuto nei tubi, i quali ricevono calore da un bruciatore posto vicino ad essi. Il vantaggio di questi generatori consiste nelle dimensioni più ridotte, con spessori ridotti e tensioni nel materiale accettabili, pur avendo pressioni elevate nel liquido scaldato.

Per quanto riguarda il fluido scaldato, si può avere una circolazione naturale, forzata e ad attraversamento forzato.


Circolazione naturale

Il moto circolante si crea spontaneamente grazie alla differenza di densità tra fluido caldo e fluido freddo.















Nella figura di sinistra è rappresentato lo schema del generatore di vapore a circolazione naturale.

Si possono distinguere:

una pompa (cerchio con freccia) che porta l'acqua nel corpo cilindrico

il corpo cilindrico che contiene l'acqua e il vapore prodotto

un tratto di circuito discendente (disc.) in cui scorre il liquido

un collettore (cerchio con righine) che raccoglie l'acqua

un tratto di circuito ascendente in cui avviene il riscaldamento dell'acqua e la sua trasformazione in vapore (questo tratto è scaldato da un bruciatore)

una valvola di uscita tramite la quale è prelevato il vapore


Nel grafico a destra è indicata la vaporizzazione dell'acqua a pressione costante, e si vede che il volume massico del liquido vd è maggiore del volume massico del vapore va , in altre parole il liquido è più denso del vapore. Questa situazione si presenta solo per pressioni inferiori alla pressione critica, dove le due densità si equivalgono, quindi la circolazione naturale non è più attuabile quando la pressione supera il punto critico.


Scriviamo la legge di conservazione dell'energia in forma meccanica, applicata al tratto discendente:

Nel tratto discendente il fluido non fa lavoro perché non ci sono organi mobili, quindi Li=0; inoltre trascuriamo la differenza di energia cinetica, quindi DEc=0; abbiamo indicato con Lwd il lavoro fatto dall'attrito. Abbiamo:




dove rd è la densità del fluido nel tratto discendente; abbiamo supposto che durante il tratto la densità del fluido rimanesse praticamente costante; chiamiamo z = zb - za :


  (1)


Possiamo ripetere i passaggi per il tratto ascendente, facendo le stesse considerazioni, ma tenendo conto che nell'integrale gli estremi a e b sono invertiti:


   (2)


Sommando la (1) e la (2) otteniamo:



Sappiamo che il lavoro delle forze di attrito è proporzionale alla velocità del fluido, quindi maggiore è la differenza tra le due densità e maggiore è la velocità di circolazione del fluido.


Circolazione forzata

Si ha circolazione forzata (o assistita) quando è presente una pompa di circolazione che crea una differenza di pressione supplementare utile per vincere le resistenze passive. Regolando questa pompa possiamo controllare la velocità di circolazione:














Anche in questo caso è necessaria una differenza di  densità tra le due fasi del fluido.


Attraversamento forzato

In questo tipo di generatore non è più presente il corpo cilindrico il cui scopo era la separazione della zona di vaporizzazione da quella di surriscaldamento e la separazione dei sali presenti nell'acqua. Inoltre la circolazione è affidata una pompa, non più alla differenza di densità, quindi si possono avere pressioni al di sopra del punto critico (cicli ipercritici).















Classificazione in base alla trasmissione del calore:


I generatori di vapore sono classificati anche in base alla trasmissione del calore:

a convezione

a irraggiamento

a rimescolamento indiretto


In realtà non esistono generatori puramente a convezione, perché comunque una quantità più o meno grande di calore si trasmette nella caldaia per irraggiamento.

Nella figura in alto a sinistra è rappresentato un generatore di vapore a irraggiamento; i tubi ascendenti formano le pareti della camera di combustione.


Rendimento del generatore di vapore

Si definisce rendimento del generatore di vapore il rapporto tra la potenza termica ricevuta dal fluido nel generatore ed il prodotto della portata in massa del combustibile, , per il suo potere calorifico inferiore Hi:



rappresenta la potenza utile ricevuta dal fluido (Pu) , rappresenta la potenza spesa (Ps).














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