Aplicatii in energetica

PREFATA

Avand ca punct de plecare rolul si aplicabilitatea energeticii in dezvoltarea sistemelor de producere, transport, distributie si consum a celor doua forme de energie, electrica si termica, lucrarea „Aplicatii in energetica” realizeaza o ingemanare sintetica si explicativa a principalelor notiuni teoretice si aplicative care stau la baza proceselor complexe de producere a energiei.

Prezenta lucrare, care se adreseaza studentilor de la domeniul Inginerie Energetica si specialistilor care isi desfasoara activitatea in domeniul energetic, precum si altor categorii de studenti, este structurata in trei parti principale.

Prima parte a lucrarii, capitolele 1...4, poate fi considerata o aprofundare a cunostintelor din Ingineria Energetica, Bazele Termotehnicii, Conversia Energiei si Energetica Generala, Transfer de Caldura si Masa, fiind prezentate, in ordine, atat notiuni teoretice cat si relatii matematice fundamentale care stau la baza definirii diferitelor procese, cum ar fi:

- principalele unitati de masura ale Sistemului International de Masura, precum si relatiile de legatura dintre acestea;

- notiunile fundamentale de termotehnica si termodinamica care stau la baza proceselor energetice;

- aspectele generale referitoare la structura, organizarea, utilarea, exploatarea si analiza energetica a Centralelor Termoelectrice;

- notiunile generale de transfer de caldura, proces ce sta la baza functionarii instalatiilor de producere, transport, distributie si utilizare a energiei termice.

Cea de-a doua parte a lucrarii, capitolele 5-6, prezinta intr-o maniera clara si explicita, sub forma de nomograme si tabele, principalii parametri si diferitele variatii ale acestora, pentru lichide, vapori de apa, vapori saturati uscati, vapori supraincalziti, gaze de ardere, aer, combustibili.

Ca o completare adusa unor lucrari redactate anterior (Conversia Energiei si Energetica Generala. Tabele, Formule Termotehnice si Aplicatii), in aceasta editie a lucrarii, sunt prezentati parametrii termohigrodinamici pentru principalele materiale de constructie folosite la punerea in opera a cladirilor civile, industriale si speciale, parametrii ce stau la baza evaluarii performantelor energetice ale cladirilor si instalatiilor termice din cladiri.

Partea a treia reprezinta partea aplicativa a acesteia. Complexitatea fenomenelor fizice si chimice, care stau la baza producerii si consumului de energie electrica si termica, a determinat autorii sa vina in sprijinul specialistilor din domeniul Inginerie Energetica prin prezentarea unor studii de caz referitoare la modul de calcul a diferitilor indicatori (parametri) de functionare a centralelor termoelectrice cu/fara supraincalzire intermediara, cum ar fi: lucrul mecanic produs de turbina cu abur, randamentul termic al ciclului centralei cu turbina cu abur, puterea electrica produsa si evacuata in Sistemul Energetic National, consumul de combustibil etc.

O pondere importanta a acestei parti a lucrarii a fost alocata atat studiului calitatii arderii diversilor combustibili (solizi - carbune, lichizi - pacura, gazosi - gaz natural) in cazanele centralelor termoelectrice sau a celor electrice de termoficare, cat si determinarii puterii electrice necesare antrenarii ventilatoarelor de aer necesar arderii, gazelor de ardere, pompelor de racire sau de alimentare cu apa.

Lucrarea de fata are o abordarea globala si sistematica a problemelor legate de aspectele generale ale producerii si utilizarii energiei electrice si termice. De asemenea, modul armonios de ingemanare a problemelor teoretice deja cunoscute intr-o mai mica sau mai mare masura cu elementele noi si originale si, nu in ultimul rand, cu aspectele practice ale exploatarii unor astfel de sisteme care rezulta din numeroasele studii de caz intalnite pe parcursul lucrarii, fac ca aceasta sa fie usor de inteles si utilizat, atat de catre studentii de la specializarile domeniului Inginerie Energetica, cat si de catre specialistii care isi desfasoara activitatea in diferitele sectoare energetice (proiectare, exploatare etc.).

Lucrarea, avand la baza experienta autorilor in analiza eficientei energetice si economice a functionarii diferitelor sisteme de producere a energiei electrice si termice, pune cap la cap toate aspectele care influenteaza, in principal, decizia de alegere a unui anumit ciclu termodinamic de producere a energiei electrice si termice. Ca urmare, consideram ca prin completarile si imbunatatirile aduse, lucrarea de fata permite o crestere a nivelului de pregatire a studentilor si a specialistilor din domeniul Energetic.

Autorii

CUPRINS

Capitolul 1 UNITATI DE MASURA ALE SISTEMULUI INTERNATIONAL. MARIMI FIZICE 11
1.1. Unitatile fundamentale ale sistemului international 11
1.2. Unitatile derivate ale Sistemului International 12

Capitolul 2. TERMOTEHNICA 21
2.1. Sistem termodinamic. Starea termodinamica. Marimi de stare. Energia interna. Lucrul mecanic. Caldura. Entalpia 21
2.1.1. Energia interna 22
2.1.2. Lucrul mecanic 22
2.1.3. Caldura 25
2.1.4. Entalpia 25
2.2. Principiile termodinamicii 25
2.2.1. Principiul zero al termodinamicii 25
2.2.2. Principiul I al termodinamicii 26
2.2.3. Principiul al II-lea al termodinamicii 31
2.2.4. Principiul al III-lea al termodinamicii (teorema lui Nerst) 33
2.3. Diagrame termodinamice ale vaporilor. Transformari termodinamice 33
2.3.1. Diagramele termodinamice ale vaporilor de apa 37
2.3.2. Transformarile termodinamice 39
2.4. Cicluri termice 45
2.4.1. Ciclul Carnot 45
2.4.2. Ciclul Otto 48
2.4.3. Ciclul Diesel 52

Capitolul 3 CENTRALE TERMOELECTRICE 56
3.1. Generalitati 56
3.2. Principiul de functionare a unei centrale termoelectrice 58
3.3. Principalele circuite existente intr-o centrala termoelectrica cu abur 63
3.4. Randamentul termic si randamentul global al unei centrale termoelectrice 68
3.5. Metode de imbunatatire a randamentului termic 68
3.5.1. Cresterea parametrilor initiali 69
3.5.2. Scaderea parametrilor finali 72
3.5.3. Supraincalzirea intermediara 74
3.5.4. Preincalzirea regenerativa 75
3.5.5. Cicluri suprapuse 77
3.5.6. Cicluri binare 78
3.5.7. Termoficarea 79
3.6. Indicatorii energetici ai centralei termoelectrice 82
3.6.1. Puterea evacuata in sistem 82
3.6.2. Debitul de combustibil 82
3.6.3. Puterea pompei de apa de racire 82
3.6.4. Puterea ventilatorului de aer 83
3.6.5. Puterea ventilatorului de gaze de ardere 84

Capitolul 4 TRANSFER DE CALDURA 85
4.1. Marimi specifice ale transferului de caldura 85
4.2. Transferul de caldura prin conductie 86
4.3. Transferul de caldura prin convectie 92
Coeficientul mediu de convectie 93
4.4. Transferul de caldura prin radiatie 103
4.5. Procese complexe de transfer de caldura 107

Capitolul 5. TABELE SI DIAGRAME UTILIZATE IN ENERGETICA 110
5.1. Parametrii lichidelor 110
5.2. Parametrii vaporilor de apa 113
5.2.1. Parametrii vaporilor saturati si supraincalziti 122
5.2.2. Proprietatile pe curba de saturatie ale apei si aburului 201
5.3. Proprietati gaze 203
Proprietatile fizice ale aerului umed 208
5.4. Combustibili energetici 226
5.4.1. Parametrii energetici ai combustibililor 226
5.4.2. Calculul arderii combustibililor energetici 230
5.5. Parametrii termohigrodinamici pentru principalele materiale de constructie 236
5.6. Transformari termodinamice. formule uzuale 271

Capitolul 6. APLICATII PRIVIND CRESTEREA RANDAMENTULUI CENTRALELOR TERMOELECTRICE 272

BIBLIOGRAFIE 334

DESPRE AUTORI

S.l. dr. ing. Radu-Cristian DINU (n.12.11.1974) este absolvent al Facultatii de Electrotehnica din Universitatea din Craiova, specializarea Centrale Termoelectrice, promotia 1999. In perioada octombrie 1999 - iulie 2000 a urmat studiile aprofundate ale aceleiasi facultati, la specializarea Calitatea Energiei si Gestiunea Proceselor Energetice. Studiile doctorale au fost efectuate la Universitatea Tehnica de Constructii - Facultatea de Instalatii, in perioada octombrie 2000 - noiembrie 2006, beneficiind in timpul stagiului de pregatire a tezei de doctorand de un de un stagiu de pregatire in domeniul Producerii, transportului si utilizarii energiei termice in cadrul Universitatii Paul Sabatier din Toulouse, Franta. In 2006 a obtinut titlul stiintific de doctor inginer, domeniul fundamental Stiinte Ingineresti, specializarea Inginerie Civila. Din anul 2006 pana in prezent este sef de lucrari in cadrul Facultatii de Inginerie Electrica din Universitatea din Craiova, activitatea didactica universitara presupunand predarea de discipline in domeniul producerii, transportului, distributiei si utilizarii energiei electrice si termice. Este autor si coautor la 5 carti, peste 35 de articole stiintifice prezentate la manifestari stiintifice de prestigiu din tara si strainatate, coordonator in cadrul a 8 contracte de cecterare cu terti in domeniul Auditurilor energetice industriale si membru in echipa de cercetare la peste 46 de contracte de cercetare cu terti.

S.l. dr. ing. Cristian BRATU (n, 15.09.1978) este absolvent al Facultatii de Electrotehnica din Universitatea din Craiova, specializarea Centrale Termoelectrice, promotia 2002. In perioada octombrie 2002 - iulie 2003 a urmat Studiile Aprofundate ale aceleiasi facultati, la specializarea Calitatea Energiei si Gestiunea Proceselor Energetice.

Intre anii 2002-2003 a lucrat ca preparator inginer la Facultatea de Electrotehnica a Universitatii din Craiova, iar in perioada 2004-2012 a lucrat ca asistent titular, in cadrul aceleiasi institutii de invatamant superior. Studiile doctorale au fost efectuate la Universitatea din Craiova - Facultatea de Electrotehnica, in perioada octombrie 2003 - noiembrie 2010, obtinand titlul stiintific de doctor inginer, domeniul Energetica.

Din anul 2012 pana in prezent este sef de lucrari in cadrul Facultatii de Inginerie Electrica din Universitatea din Craiova, activitatea didactica universitara presupunand predarea la disciplinele: Surse regenerabile, Energetica generala si conversia energiei, Integrarea surselor regenerabile in sistemele energetice informatizate, Sisteme descentralizate de producerea a energiei, Masurari electrice si neelectrice II, Microcontolere si automate programabile.

Este coautor la o carte, peste 30 de articole stiintifice prezentate la manifestari stiintifice de prestigiu din tara si strainatate, responsabil in cadrul a 10 contracte de cercetare cu terti in domeniul Auditurilor energetice industriale si membru in echipa de cercetare la peste 70 de contracte de cercetare cu terti, dintre care, cei mai importanti beneficiari ai rezultatelor cercetarilor efectuate fiind: Distributie Energie Oltenia, Tomis Team S.A., Ovidiu Development S.A, MW Team Invest SRL, Compania de Apa Oltenia S.A., TMK Hydroenergy Power, Chimcomplex SA Borzesti Sucursala Ramnicu Valcea etc.