SISTEME DE CONDUCTE Daniela POPESCU Universitatea TehnicGheorghe Asachi Iai Editura PIM Iai 2008 Refereni tiinifici: Prof. dr. ing. Eugen VOINEA Prof. dr. ing. Bogdan HORBANIUC Tehnoredactare: Daniela POPESCU Imagine copert:PlanetaryEngineeringGroupEarth.Districtheating:Enginewasteheatinthe district heating net (http://live.pege.org/2005-wood/district-heating-net.htm) Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a Romniei POPESCU, Daniela Sisteme de conducte Daniela Popescu Iai: PIM, 2008, Bibliogr. ISBN978-973-716-907-5 Cuvnt nainte LucrareaseadreseaznprimulrndstudenilorsecieideMainii SistemeHidrauliceiPneumatice,daresteutilialtorspecializri,cumarfi Energetic sau Instalaii n Construcii.Capitolul 1 cuprinde o descriere succint, nsoit de desene i fotografii, aelementelorcomponentealesistemelordeconducte.Unaccentdeosebiteste pus pe elementele specifice reelelor termice. Calculul hidraulic al sistemelor de conducte face obiectul capitolului 2. n cadrul acestui capitol pe lng probleme cu caracter general sunt prezentate i probleme specifice reelelor de transport i distribuiedeaprece,agenttermic,abur,gazenaturaleiaer.ncapitolul3 sunt prezentate metode de calcul de rezisten att pentru conducte clasice ct i pentru conducte preizolate. Capitolul 4 este dedicat calculului termic. Capitolul 5prezintaspectegeneraleprivindsistemeledealimentarecentralizatcu energie termic. Lucrarea se ncheie cu numeroase anexe, care ofer studenilor interesai, informaiiutilepentruntocmireaproiectelor,lucrrilordelicenide disertaie. Daniela Popescu CUPRINS Capitolul 1. Elemente componente ....................................................................... 9 1.1. evi ........................................................................................................... 10 1.2. Protecii ..................................................................................................... 13 1.3. Fitinguri..................................................................................................... 15 1.4. Elemente de asamblare ............................................................................. 20 1.5. Armturi .................................................................................................... 23 1.6. Suporturi ................................................................................................... 35 1.6.1. Suporturile mobile.............................................................................. 36 1.6.2. Suporturi fixe...................................................................................... 44 1.7. Compensatoare de dilatare........................................................................ 47 1.8. Soluii constructive de amplasare a conductelor de transport a agentului termic ............................................................................................................... 52 1.8.1. Reele termice subterane .................................................................... 52 1.8.2. Reele termice supraterane ................................................................. 57 1.9. Telegestiunea sistemelor de conducte ...................................................... 58 Capitolul 2. Calculul hidraulic ............................................................................ 60 2.1. Calculul hidraulic al pierderilor de sarcin............................................... 60 2.1.1. Calculul pierderilor de sarcin liniar. ............................................... 61 2.1.2. Calculul pierderilor de sarcin local................................................. 66 2.2. Curgerea fluidelor incompresibile n sisteme hidraulice sub presiune..... 67 2.2.1. Conducta simpl................................................................................. 69 2.2.2. Conducte simple montate n serie ...................................................... 71 2.2.3. Conducte simple montate n paralel ................................................... 72 2.3. Reele de conducte.................................................................................... 73 2.3.1. Calculul hidraulic al reelelor de ap.................................................. 76 2.3.2. Calculul hidraulic al reelelor de transport produse petroliere........... 79 2.3.3. Calculul hidraulic al reelelor termice................................................ 79 2.3.4. Graficul piezometric al reelelor de ap fierbinte .............................. 87 2.3.5. Graficul piezometric al reelelor de condensat aferente reelelor de abur de presiune medie................................................................................. 90 2.3.6. Calculul hidraulic al reelelor de abur de presiune medie.................. 91 2.3.7. Calculul hidraulic al reelelor de gaze i aer ...................................... 94 Capitolul 3. Calculul mecanic ............................................................................. 99 3.1. Calculul grosimii pereilor conductelor .................................................. 101 3.2. Determinarea solicitrilor n conducte.................................................... 102 3.2.1. Solicitri i tensiuni primare ............................................................ 102 3.2.2. Solicitri i tensiuni secundare......................................................... 104 3.3. Calculul suporturilor ............................................................................... 105 3.3.1. Calculul distanei ntre suporturi ...................................................... 105 3.4. Calculul solicitrilor provenite din deplasri.......................................... 111 3.5.Calculul unei configuraii natural elastice ............................................... 113 3.5.1. Metodologia de calcul a configuraiei naturale n form de L..... 116 3.5.2. Metodologia de calcul a configuraiei naturale n form de Z..... 118 3.5.3. Calculul compensatoarelor curbate n form de U ....................... 121 3.5. Calculul mecanic al conductelor preizolate............................................ 123 3.5.1. Condiii specifice de proiectare a conductelor preizolate ................ 123 3.5.2. Pretensionarea conductelor............................................................... 127 3.5.3. Metodologii ...................................................................................... 131 3.5.4. Calculul forelor i a deplasrilor ..................................................... 133 3.5.5. Calculul practic al conductelor preizolate........................................ 135 Capitolul 4. Calculul termic .............................................................................. 144 4.1. Calculul pierderilor de cldur ............................................................... 144 4.1.1. Pierderi de cldur datorate neetaneitii sistemului ...................... 144 4.1.2. Pierderi de cldur prin transfer termic ctre mediul exterior ......... 145 4.2. Determinarea grosimii izolaiei termice ................................................. 156 4.2.1. Calculul grosimii izolaiei pentru o pierdere adimisibil de cldur156 4.2.2. Calculul termic pentru o cdere de temperatur impus.................. 157 4.2.3. Calculul grosimii izolaiei pentru o temperatur impus la suprafaa exterioar a izolaiei termice ...................................................................... 158 4.2.4. Calculul grosimii optime a stratului de izolaie termic .................. 159 Capitolul 5. Sisteme de alimentare centralizat cu energie termic ................. 161 5.1. Cogenerarea ............................................................................................ 161 5.1.1. Aspecte generale privind promovarea cogenerrii........................... 161 5.1.2. Scheme de principiu pentru surse de producere a cldurii prin cogenerare................................................................................................... 169 5.2. Msuri tehnice de mbuntire a sistemelor de alimentare centralizat cu cldur............................................................................................................ 175 5.3. Determinare necesarului de cldur........................................................ 180 5.3.1. Determinarea necesarului de cldur pentru o cldire ..................... 180 5.3.2. Determinarea necesarului de cldur pentru un SACET ................. 183 5.4. Reglarea parametrilor intr-un sistem de alimentare centralizat cu energie termic............................................................................................................ 186 5.4.1. Puncte termice .................................................................................. 186 5.4.2. Module termice................................................................................. 203 5.4.3. Consideraii privind automatizarea SACET..................................... 213 Anexa 1.............................................................................................................. 215 Anexa 2.............................................................................................................. 220 Anexa 3.............................................................................................................. 224 Anexa 4.............................................................................................................. 225 Anexa 5.............................................................................................................. 226 Anexa 6.............................................................................................................. 228 Anexa 7.............................................................................................................. 229 Anexa 8.............................................................................................................. 232 Anexa 9.............................................................................................................. 233 Anexa 10............................................................................................................ 236 Anexa 11............................................................................................................ 238 Anexa 12............................................................................................................ 239 Bibliografie........................................................................................................ 241 1. Elemente componente 9 Capitolul 1 Elemente componente Sistemeledeconductesuntansambluriformatedindousaumaimulte conducte racordate ntre ele, utilizate la transportul i distribuia aceluiai agent delucru.Agentuldelucrureprezintmaterialulnstarefluidsaufluidizat transportatprinconduct.Caracteristicilefluiduluisuntreprezentatedenatura, proprietileiparametriiacestuia.Caracteristicilefizico-chimiceindicnatura, stareadeagregare,compoziia,agresivitateachimicisuntdescrisedeoserie demrimi:concentraia,densitatea,granulaia,puritatea,viscositatea. Caracteristicile de transport evideniaz parametrii specifici circulaiei fluidului: debitul, presiunea, temperatura. Clasificarea conductelor se face n funcie de natura fluidelor transportate, de structura i dimensiunile conductelor, precum i de soluiile avute n vedere la amplasarea lor n teren. Dup rolul lor tehnologic, prile unui sistem de conducte se ncadreaz n patru grupe: elemente de conduct, protecii, suporturi, aparatur. Elementeledeconductseasambleazntreeleiformeaz,delimiteaz ietaneazspaiultubulardestinattransportriifluidului.Sempartn:evi, fitinguri, armturi i elemente de asamblare. Proteciileasigurimeninintegritateasuprafeelorinterioarei exterioare ale conductei. Suporturilereprezintelementelemecaniceprinintermediulcrora sarcinile statice i dinamice care aparin conductei sunt preluate i transmise fie structuriiderezistenaconstruciilor,fiefundaiilor.Dupmodulde transmitere a sarcinilor, acestea se clasific n suspensii i reazeme. Aparateledemsuricontrolsuntdestinatemsurriiiinterpretrii mrimilor caracteristice de transport ale fluidelor. Din punct de vedere structural aparatura reunete dou subgrupe de dotri: -elementele mecanice, care asigur racordarea traductoarelor; -aparatura propriu-zis format din traductoare, aparate i bucle de legtur dintreacestea,careaparininstalaieideurmrire,control,reglarei protecie. Sisteme de conducte 10 Fig. 1.1. Elemente componente ale unui sistem de conducte. 1.1. evi evilesuntutilizatelaexecutareatronsoanelorrectiliniialetraseelorde conducte.evilepentruconducteseconfecioneazdindiversemrcideoel, fonte,aliajeneferoasesaudinmaterialenemetalice.Alegereamaterialelor conductelor se face pe baza unor criterii tehnice i economice care in seama de condiiitehnicedefuncionare,compatibilitateadintrefluidultransportati conduct,proprietilemecanicealematerialelor,posibilitiledeprelucrare, sudare i tratare. eviledinoelseexecutdinoel-carbonialiat.Serecomandsse utilizeze urmtoarele mrci de oel: OLT 35, OLT 45 STAS 8183; OLT 35K, OLT 45K, 16M03 STAS 8184; 10TiMoNrCr175, 10TiCr180 STAS 3583. Pentruconducteledepolietilenserecomandutilizareapolietileneide nalt densitate cu structur reticular Pe-X conform DIN 16892. Sortimentele de evi care se utilizeaz pentru conducte sunt: evi din oel fr sudur laminate la cald STAS 404/1; evidinoelfrsudurlaminatelacaldpentrutemperaturiridicate STAS 404/3; evi din oel fr sudur, trase sau laminate la rece STAS 530/1; 1. Elemente componente 11evidinoelfrsudur,trasesaulaminatelarecepentrutemperaturi ridicate STAS 530/3; evi din oel sudate longitudinal, pentru instalaii STAS 7656; evi din oel, sudate elicoidal, pentru conducte SR 6898/2.Pentruconductedeapcaldmenajersepotutilizaconductede polietilen de mare densitate cu structur reticular rezistent la temperatur, Pe-X. Alegereamaterialelorconductelorsefacepebazaunorcriteriitehnicei economicedefuncionare,compatibilitateamaterialuluicufluidultransportat princonducte,proprietilemecanicealematerialelorimodificarea proprietiloracestoracuparametriidefuncionareaiconductelor,posibilitile deprelucrare,tratare,sudare.iruriletipodimensiunilorspecificateaparin diametrelorexterioareDeigrosimiipereiloracestoras.Tipodimensiunile asimilateinscrisennomenclatoruldefabricaiealproductorilordeevi acoperintegralsauparialdomeniilestandardizateisuntperiodicactualizate. Tipurile de evi din oel fr sudur laminate conform STAS 404/1, STAS 404/3, STAS530/1,STAS530/3ievilesudateelicoidalconformSTAS6898sunt prezentatenanexa1,iarnanexa2suntprezentatedimensiunilestandardale conducteloruzualeconformnormeloreuropeneSRENV10220:2003.nanexa 3 sunt prezentate gamele de evi preizolate ISOPLUS. Sistemeledeconductepentrutransportulidistribuiaagentuluitermic utilizat la nclzire i preparare a apei calde de consum sunt instalaii complexe ce cuprind: conducte, elemente de legtur, coturi, ramificaii, reducii, armturi denchidereireglare,dispozitivedeechilibrare,compensatoarededilatare, dispozitivedeaerisireigolire,reazemefixeimobile,sistemdedepistarei localizareaavariilorialteelementedeconstruciispecifice.Conductelede transportsuntconstituitedinevidinoel(trasesausudate),izolatetermiccu spum de poliuretan sau cu saltele din vatmineral (fig. 1.2). n ultimii ani se utilizeazievidinpolietilenreticulat(flexibile)cuizolaiedinpolietilen (fig. 1.3). Fig. 1.2. Conduct termic. a - eav; b - termoizolaie; c - manta. Sisteme de conducte 12 Fig. 1.3. Conducte flexibile Pe-X. n figurile 1.4 i 1.5 sunt prezentate fotografii ale unor tipuri de conducte metalice preizolate. Fig. 1.4. Conducte preizolate rigide. Fig. 1.5. Conducte preizolate flexibile. ncepndcuanul1960,cndaufostconstruitepentruprimaoarn Danemarca,conductelepreizolateaunlocuittreptatconducteleizolatecuvat mineral. Soluia este considerat mai avantajoas din urmtoarele motive: conductele pot fi ngropate direct n pmnt, soluie tehnic mai ieftin; pierderile de cldur sunt reduse; permit detectarea scurgerilor i zona n care s-au produs; numrul de puncte fixe i compensatoare este redus. Produselepreizolatetrebuiesrespectestandardeleeuropene:EN253 sistemedeconductepreizolateindustriale,EN448sistemederacorduri 1. Elemente componente 13preizolatefitinguripreizolateindustriale,EN489postizolareaconductelor preizolate. Principalelefirmeproductoarecelivreazconductepreizolaten Romniasunt:ISOPLUS,ABB,STIZO,THICPacani,PetrotubIzoterom Roman, etc. Sistemele de conducte termice pot fi pozate fie suprateran, fie subteran n canalesaungropatedirectnpmnt.Modalitateadeamplasaredepindede situaiacaracteristicdinteren,planurileurbanistice,traseelealtorutiliti (cabluri electrice, ap potabil, canalizare, telefonie etc.). 1.2. Protecii Protecia anticoroziv Conductelereelelorseprotejeazanticorozivprinmsuripentru prentmpinareaproceselordecoroziune,prinproteciepasiviprinprotecie activelectric.Prentmpinareacoroziuniiarenvederealegereaunortrasee deasupra nivelului apei subterane, prevederea de izolaii hidrofuge ale canalelor ialeplciloracoperitoare,prevedereadeinstalaiideevacuareaapelor infiltrate,ventilareacanalelor.Proteciapasivserealizeazprinaplicareape suprafaaeviiauneiacoperirianticorozive.Proteciaactivelectrica conductelor mpotriva coroziunii sub aciunea curenilor vagabonzi se realizeaz prin mrirea rezistenei electrice de trecere ntre conducte i sol folosind un strat protectorcurezistivitatemare,flaneizolatoarelaintrareareelelortermicela consumatori,drenajdirectpolarizatsauintensificat,precumiprinaplicarea proteciei catodice cu surs. Izolaia termic Conductelepentrutransportulagentuluitermicsuntfieevidinoel izolate cu vat mineral, fie evi metalice sau din material plastic termoizolate cu spumpoliuretanic.nambelevarianteconstructive,izolaiatermiceste acoperitcuomantadeprotecie.Termoizolareazonelordembinaredintre conductesaudintreacesteaifitinguriseefectueazlocal.Grosimeaizolaiei termice se determin prin calcule tehnico-economice. Izolaiatermicdinspumrigiddepoliuretanserealizeazconform prescripiilor SR EN253:2004. Adeziunea optim ntre spumaPURi eava de transportrespectivmantareprezintunsistemlegat"ceasigurorezistenla forfecareoptim,garantndmicareaunitarasistemuluieavdelucru spum PUR manta. Proprietile fizice ale spumei de poliuretan trebuie s fie: coeficientul conductivitii termice < 0.027 W/mK la 50 C; densitatea total medie a spumei de-a lungul evii: minim 80 kg / m3; sistem celular nchis n proporie de 90%, conform ISO 4590; Sisteme de conducte 14 rezisten la compresiune: 0.3 Mpa SR EN ISO 844/ 1998; rezistena la forfecare axial la temperatura 20 C : > 0.2 Mpa; absorbiemaximdeapfierbinte:maipuinde10%dinvolumuliniial timp de 90 minute. Fig. 1.6. Spum din poliuretan (PUR). Mantauaconductelorpozateaerianestedinaluminiu,iaracelor amplasate subteran din plastic (polietilen, polipropilen). Mantaua conductelor preizolate subterane din polietilen are urmtoarele caracteristici: densitate: minim 944 kg/m3 SR ISO 1183/1994; alungire la rupere: minim 350% n conformitate cu ISO 527; efort la curgere: minim 19 daN/mm2, conform ISO 527; stabilitatetermicitimpdeinducie:min20min/200CSRISO/TR 10837/1996; nuprezintdeformaiipermanentelavariaiadetemperaturconf.ISO 2506/1981; rezisten la agresiunea agenilor de mediu conf. ISO 4607/1978. MantauaseconfecioneazdintuburiPEHD(polietilendenalt densitate)extrudareconformDIN8074i8075respectivSREN253,cu prelucrareasuprafeelorinterioarepentruasigurareaadeziuniiridicateaspumei cu mantaua PEHD. Fig. 1.7. Manta de protecie din aluminiu pentru conductele preizolate pozate aerian. 1. Elemente componente 15 Fig. 1.8. Manta de protecie din PEHD pentru conductele preizolate pozate subteran. 1.3. Fitinguri Curbele,coturile,reduciileiramificaiileconstituieelementede conductdefinitecutermenulgenericdefitinguri.Gamatipodimensionala fitingurilor se coreleaz cu procedeele de confecionare a acestora. Coturile se confecioneaz din evi ndoite prin procedee de prelucrare la cald sau la rece. Forma lor constructiv este definit de unghiul de ndoire raza decurburR,dimensiunilebraelorB1,B2,lungimeaporiuniirectiliniim1,m2 necesarpentrundeprtareacapetelordeasamblare,lungimeaderabatareL careindicdeviereatraseuluideconductmsuratfadeaxaacestuia, diametrulexteriorDe,grosimeapereteluieviis(fig.1.9).Curbelenetedese confecioneazdinevilaminatecuDn 560Formula Manning 6 11R =nC k D ReD > 560Formula Pavlovski ynC R =1 ( ) m ; . n. . n . y3 1 075 0 13 0 5 2 =R R k D ReD > 560Formula Ganguillet - Kutter |.|

\| +|.|

\|+ =RnnC 23 1128 k D ReD > 560Formula Colebrook - White ||.|

\|+ = D .kRe.lgD71 351 221- Formula lui Altul ||.|

\|+ = DRe Dk. .10046 1 1 0 25 01 0 00008 0 . D k . < , respectiv pentru aps m . v 2 1