TEHNIKA HLAĐENJA 2007

168

9. CJEVOVODI ZA RADNU TVAR 9.1. PREPORUČENE BRZINE I PADOVI TLAKA Da bi rashladni sustav mogao funkcionirati, pojedine komponente moraju se povezati cjevovodima. Dimenzije tih cjevovoda utječu u velikoj mjeri na rad sustava. S gledišta cijene uređaja poželjno je da su cjevovodi za radnu tvar čim manjeg promjera. S druge strane, čim su promjeri cjevovoda manji tim je veći pad tlaka, pa se smanjuje i faktor hlađenja (sl. 6.8.), a time se povećavaju troškovi rada sustava, pa su s gledišta pogonskih troškova poželjni veći promjeri cjevovoda. Iz navedenog je jasno da se kod odabira dimenzija cjevovoda radi o određivanju optimalne vrijednosti promjera cjevovoda, koji osiguravaju minimalne ukupne troškove sustava, a ti troškovi uključuju troškove gradnje i troškove pogona. Tipične brzine strujanja (orijentacijske vrijednosti) prikazane su u tablici 9.1. To su optimalne brzine strujanja kod kojih pad tlaka nije toliko velik da bi njegov utjecaj na troškove rada bio od većeg značaja. Tab. 9.1. Orijentacijske vrijednosti preporučenih brzina strujanja radnih tvar u cjevovodima

Radna tvar Usisni vod m/s

Tlačni vod m/s

Kapljevinski vod m/s

R 717 10÷20 (30) (10) 15 ÷ 25 0,5 ÷ 1,25 R 22 5(7) ÷ 25(18) (8) 10 ÷ 20 0,5÷1 (1,25)

manji uređaji 4 ÷ 9 8 ÷ 11 R 134a veći uređaji 7 ÷ 12 10 ÷ 15 0,4 ÷ 0,8

R 4.. (zeotropske smjese) 8 ÷ 20 10 ÷ 20 0,5 ÷ 1 S navedenim brzinama osigurani su umjereni padovi tlaka po dužnom metru cjevovoda. Na ukupni pad tlaka utječe i duljina cjevovoda, pa se obično ograničuje i ukupni pad tlaka u cjevovodu. Tab. 9.2. Orijentacijske vrijednosti preporučenih ukupnih padova tlaka u cjevovodima

Radna tvar Usisni vod 0 ÷ -30oC

bar

Usisni vod < -30oC

bar

Tlačni vod

bar

Kapljevinski vod od receivera do prig. ventila

R 717 0,05 ÷ 0,2 0,05 0,14 ÷ 0,28 R 22 0,07 ÷ 0,2 0,07 0,14 ÷ 0,28

R 134a 0,07 ÷ 0,2 0,06 0,17 ÷ 0,35 R 4.. 0,07 ÷ 0,15 0,05 0,15 ÷ 0,35

ne dozvoliti isparivanje u

cjevovovodu do prigušnog ventila

Pad tlaka fluida u zasićenom stanju povezan je s promjenom temperature, Često se u tablicama prikazuju ostvarivi rashladni učinci kod protoka radne tvari kroz cjevovod odgovarajućeg promjera, koji osiguravaju da promjena temperature zasićenja uslijed pada tlaka ne prijeđe neku unaprijed zadanu graničnu vrijednost. Vrijednosti se obično odnose na dužni metar cjevovoda. Primjer za amonijak dan je u tablicama 9.3 i 9.4 (Izvor: ASHRAE Handbook - Refrigeration 2006). Slični podaci dani su i za ostale radne tvari.

TEHNIKA HLAĐENJA 2007

169

Tab. 9.3. Raspoloživi učinci (kW) pri protoku amonijaka kroz čelične cjevovode, s padovima tlaka koji odgovaraju ekvivalentnoj promjeni temperature 0,005 K/m i 0,01 K/m. Tab. 9.4. Raspoloživi učinci (kW) pri protoku amonijaka kroz čelične cjevovode, za usisne, tlačne i kapljevinske cjevovode

Temperatura zasićenja usis oC

Nominalni promjer čeličnog cjevovoda mm

Nominalni promjer čeličnog cjevovoda mm

Temperatura zasićenja usis oC

nominalni promjer čeličnog

cjevovoda mm

Tlačni cjevovodi ΔT=0,02 K/m Δp=684 Pa/m

Usisni cjevovodi ΔT=0,02 K/m Cjevovodi kapljevine

Brzina = Temperatura zasićenja za usis oC Temp. zasićenja za usis oC

nom. promjerčeličnogcjevov.

mm

TEHNIKA HLAĐENJA 2007

170

Brzine strujanja ne smiju biti niti preniske, jer to može prouzročiti probleme s povratom ulja u kompresor kod radnih tvari koje otapaju ulja (npr. HCFC-i). To je posebno važno kad se strujanje odvija prema gore u vertikalnim cijevima. Približna vrijednost mimimalne brzine koja osigurava povrat ulja je

ρ126

≥w

gdje je w brzina u m/s, a ρ gustoća u kg/m3. 9.2. IZRAZI ZA IZRAČUNAVANJE PADA TLAKA U CJEVOVODIMA 9.2.1. Jednofazno strujanje -strujanje pare ili kapljevine 9.2.1.1. Pad tlaka uslijed trenja Za određivanje pΔ koristi se izraz za pad tlaka kod jednofaznog strujanja:

2

2wdLp

irr

ρλ=Δ

Ovisno od visine hrapavosti cijevi aR i Reynoldsove značajke koja se izračunava prema

izrazu ( )μπμμ

ρν d

mdAmdwwd && 4Re ==== koriste se različiti izrazi za faktor trenja.

m& [kg/m2 s] predstavlja gustoću masenog protoka radne tvari

Za 100000Re3000 << koristi se često korelacija Blasiusa 25,0Re158,0

=rλ .

Druga, često korištena korelacija Colburna je

Za 200000Re5000 << 2,0Re092,0

=rλ .

Još jedna, često korištena korelacija za glatke cijevi i široko područje vrijednosti Reynoldsove značajke je korelacija koju je dao Gnielinski

Za 6105Re2300 ⋅<< vrijedi ( )264,1Reln79,0

5,0−

=rλ .

9.2.1.2. Pad tlaka uslijed lokalnih otpora

2

2wdLp

iloklok

ρλ=Δ

Faktori lokalnih otpora fazonskih komada (lukovi, račve, suženja, proširenja), armature i sl. daju se u tablicama hidrauličkih otpora.

TEHNIKA HLAĐENJA 2007

171

Lokalni otpori mogu se uzeti u obzir na način da se otpor fazonskih komada, armature i sl. uzmu kroz ekvivalentnu duljinu cjevovoda, što znači da se lokalni otpor strujanju iskaže kao otpor strujanja uslijed trenja kroz dio cjevovoda istog nazivnog otvora i duljine L. Tab. 9.5. Gubici fazonskih komada izraženi u ekvivalentnim metrima duljine cjevovoda Tab. 9.6. Gubici suženja i proširenja izraženi u ekvivalentnim metrima duljine cjevovoda

Naglo proširenje d/D Naglo suženje d/D Oštar rub Ubod cijeviNominalni

promjer cijevi

mm

Ulaz Izlaz Ulaz Izlaz

Koljena T - komadi Protok uzduž T - komada Protok

kroz ogranak

Nazivni promjer cijevi

mm

TEHNIKA HLAĐENJA 2007

172

9.2.2. Dvofazno strujanje -strujanje smjese pare i kapljevine Za određivanje ukupnog pada tlaka pΔ u cijevima u kojima se odvija isparivanje potrebno je odrediti pad tlaka zbog trenja rpΔ , promjena tlaka zbog ubrzanja ili usporenja fluida u cijevi

upΔ i statički pad tlaka skpΔ uzrokovan razlikom visine.

sur pppp Δ+Δ±Δ=Δ Pad tlaka uslijed ubrzavanja između presjeka 1 i 2 računa se pomoću impulsnog stavka:

22

211

222 wwp mm

uρρ

−=Δ .

gdje su 2w i 1w izlazna i ulazna brzina radne tvari na dijelu cjevovoda. Tu se podrazumijeva da radna tvar isparuje, dakle dovodi joj se toplina. statički pad tlaka skpΔ računa se kao:

∫=ΔH

ms dzp0

ρ

Ovdje je problem odrediti gustoću smjese kapljevine i pare mρ . Ako se priomijeni tzv. homogeni model, gdje je usvojeno da su brzine dviju faza jednake, može se pisati:

( ) vlmm

xvvxv +−== 11ρ

gdje je lv specifični volumen kapljevine, vv specifični volumen pare i x udio pare. Pad tlaka uslijed trenja kod dvofaznog strujanja može se odrediti korištenjem Chisholmovog modela kao:

2llr pp ΦΔ=Δ ,

pri čemu je:

( ) ( ) ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +−Γ

−Γ−=Φ 8,19.09.022 12111 xxxl &&&

i 1,05,0

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=Γ

l

g

g

l

μμ

ρρ

Množilac za dvofazno strujanje lΦ ovdje se odnosi na kapljevitu fazu. Za određivanje lpΔ usvaja se da kroz cijev teče samo kapljeviti dio struje i da potpuno ispunjava presjek cijevi. Ukupni pad tlaka dobiva se integracijom po dužini cijevi.