Szabó Lázló Hőközlé köveelménymodul megnevezée: Kőolaj- é vegyipari géprendzer üzemeleője é vegyipari echniku feladaok köveelménymodul záma: 047-06 aralomelem azonoíó záma é célcoporja: SzT-08-50
HŐTNI LPFOGLMK, FJLGOS HŐTTLOM ESETFELVETÉS-MUNKHELYZET vegyipari műveleek é echnológiák nagyon ok hőközléi felada megoldáá igénylik. vegyipari echniku alapveő feladaai közé arozik a hőközléi feladaok megoldáa. feladaok megoldáához imernie kell a vegyipari berendezéekben zajló hőani folyamaoka. hőközléi feladaok megvalóíáa orán egíenie kell munkaárai a berendezéek kezeléében, üzemeleéében. berendezéek gazdaágo üzemeleéhez imerni kell a hőközlé alapveő örvényei, megvalóuláának folyamaá: - a hőközlé, hőáviel alapfeléelé, - a hőani alapfogalmaka, - a fajlago hőaralom fogalmá, kizámíái módjá. Tanulmányai orán fizikában, kémiában alálkozo már hőani fogalmakkal, hőani örvényekkel. Gyűje öze az eddig megimer hőani alapfogalmaka! Írja le az alábbi kérdéekre a válazoka!. Mi nevezünk hőméréklenek? Mi a hőmérékle mérékegyége?. Mi a hő mérékegyége? 3. Mi nevezünk fajhőnek? Mi a fajhő mérékegyége?
.. 3. Megoldá. eek hőállapoá a hőmérékleel jellemezzük. hőmérékle mérékegyége a K (kelvin), illeve a C (celziuz).. hő mérékegyége a J (joule, ejd: dzul), kj (ejd: kilodzul) 3. Fajhő az anyagi minőégre jellemző állandó. Nagyága az a hő adja meg, amely kg anyag hőmérékleé K-nel emeli. SZKMI INFOMÁCIÓK. hőközlé alapfeléele, hőani alapfogalmak vegyipari echnológiáknál a kémiai reakciók ebeége nagymérékben függ a hőmérékleől, egye echnológiai folyamaokban a reakciók meggyoríáa a cél, ilyenkor fűé alkalmazunk; mákor a úl gyor reakció hűéel kell lefékeznünk. z elő eeben a reakcióban réz vevő anyagokkal ehá hő közlünk, a máodik eeben hő vonunk el. Mindké eeben hőáviel örénik: hő áramlik a nagyobb hőmérékleű helyről a kiebb hőmérékleű helyre. Balogh Lázlóné dr. Fizika I. Mechanika, hőan, Szakközépikoláoknak, Műzaki Kiadó, Budape, 006.
hőközlé alapfeléele hőközlé, hőáviel alapfeléele: a hőmérékle-különbég, hő áramlik a nagyobb hőmérékleű helyről a kiebb hőmérékleű helyre. hő mindig a nagyobb hőmérékleű helyről a kiebb hőmérékleű hely irányába áramlik, ellenkező irányú hőáramlá nem valóul meg. fűé é hűé azono hőközléi folyama. z elnevezé a echnológiai célkiűzéől függ. Fűéről bezélünk, ha a echnológiai anyagunka egy nagyobb hőmérékleű közeggel melegíjük, hűéről, ha a echnológiai anyagunka egy kiebb hőmérékleű közeggel hűjük. hőközlé azonban mindké eeben azono irányú, a nagyobb hőmérékleű anyagból a kiebb hőmérékleű anyag felé áramlik a hő. hő fogalma, nagyágá befolyáoló paraméerek hő az energia egyik megjelenéi formája. Ha egy anyago melegíünk, hő vez fel, ha hűünk, hő ad le. Melegíékor a felve hő függ a hő leadó é hő felvevő anyag hőmérékleének különbégéől, az anyag ömegéől é az anyagra jellemző hőani ulajdonágól, a fajhőől. Melegíé eeén a felve hő: Q c m c m ( ), ahol: Q a felve hő, c az álago fajhő, m a ömeg, a hő leadó anyag hőméréklee, a nagyobb hőmérékle, a hő felvevő anyag hőméréklee, a kiebb hőmérékle, a hőmérékle-különbég. hő (energia) mérékegyége: J (joule, ejd: dzul). J egyég ezerzeree a kj (ejd:kilodzul). Ha áramló folyadéko melegíünk, például egy hőcerélőn ááramló folyadéko melegíünk, az anyagmennyiége időegyégre, ömegáramra kell vonakozani. Ebben az eeben a hőáram i időegyégre zámío érék Tömegáram eeén az időegyég ala felve hő zámíáa: Q c m c m ( ) ahol: Q az időegyég ala felve hő, c az álago fajhő, m a ömegáram, a hő leadó anyag hőméréklee, a nagyobb hőmérékle, a hő felvevő anyag hőméréklee, a kiebb hőmérékle, a hőmérékle-különbég; az időegyég ala felve hő mérékegyége: (J/), W. 3
hőmérékle mérékegyégei hőmérékle mérékegyége a K, a kelvin. gyakorlaban a celiu (celziuz) fok egyége haználjuk, ennek jele: C. K é a C fok-ban megado egyég nagyága egyforma, ezér amikor hőmérékle különbégeke kell zámolnunk, C-ban zokunk zámolni. fajhő fogalma z anyagok hőfelvéele é hőleadáa függ az anyagok hőani ulajdonágáól, a fajhőől. fajhő az a hő, amely egyégnyi ömegű anyag fokkal örénő felmelegíééhez zükége. fajhő mérékegyége: J/(kg C), haználjuk még a kj/(kg C) egyége i. víz álago fajhője: 4,86 kj/(kg C), de zámíáok eeén kerekíve 4, kj/(kg C)-vel i zámolhaunk. víz fajhője kimérékben függ a hőmérékleől, de a gyakorlaban a feni érékkel lehe a zámíáoka elvégezni.. fajlago hőaralom műzaki gyakorlaban egyégnyi ömegű anyagra vonakozajuk a hőani adaoka. z egyégnyi anyagra vonakozao hő, a fajlago hőaralom. Nagyágá 0 C-ól zámoljuk. fajlago hőaralom az a hő, amely az egyégnyi anyag 0 C-ről az ado hőméréklere örénő felmelegíééhez zükége. fajlago hőaralom zámíáa (folyadék felmelegíée eeén): h c, ahol: h a fajlago hőaralom, J/kg (kj/kg); c a folyadék fajhője J/(kgC), vagy kj/(kgc); a hőmérékle, C. Ha vize melegíünk, a hőközlé haáára hőméréklee nő. Egy ado hőmérékleen a víz forrni kezd, ekkor a hőközlé haáára em válozik meg a hőméréklee. Ez az un. forrápon vagy forrpon. forrápon függ a nyomáól, a nyomá emelkedéével nő a forrápon éréke. forrponi hőmérékleű gőz elíe gőznek nevezzük. víz minden hőmérékleen párolog. Ez a párolgá a víz felzínéről kövekezik be, a vízrézeckék kizakadnak a folyadékból, é gőzzé alakulnak. Minél nagyobb a hőmérékle, annál inenzívebb a párolgá. forrponi hőmérékleen a folyadék belejében i megindul a gőzképződé. gőzbuborékok a felzínre emelkednek. Ez a forrá jelenége. 4
forrponi folyadék hőaralma: ' h c f ahol: h' a forrponi hőmérékleű folyadék fajlago hőaralma, J/kg (kj/kg); c a folyadék fajhője J/(kgC), vagy kj/(kgc); f a forrponi hőmérékle, C. párolgáhő forrponi folyadékkal közöl hő a folyadéko gőzzé alakíja. rendzer hőméréklee mindaddig nem válozik, amíg a víz elje mennyiége gőzzé nem alakul. Ilyenkor elíe gőz kelekezik. gőzzé alakíához zükége hő a párolgáhő. Ez a hő láen (nem érzékelheő) hőnek nevezzük, mer a hő haáa nem érzékelheő a hőmérékleválozáal. Párolgáhőnek nevezzük az a hő, amely egyégnyi mennyiégű folyadék gőzzé való áalakíáához zükége. láen hő álaláno kifejezé. Forrá eeén nevezzük a laen hő párolgáhőnek. Ha a elíe gőz hűjük, a gőz lecapódik (lekondenzálódik) é folyadékká alakul. Ez a jelenég a forrá fordío folyamaa, a kondenzáció. Ez i a forrponon végbemenő folyama, é mindaddig nem válozik a gőz hőméréklee, ameddig a elje gőzmennyiég folyadékká nem alakul. Ilyenkor kondenzhőről bezélünk. kondenzáció folyama hőleadáal jár, a kondenzhő a környezenek adódik á, felmelegíi a környezee. elíe gőz hőaralma elíe gőz hőaralma: h " c f h r ' h h r ahol: h'' elíe gőz fajlago hőaralma, J/kg (kj/kg); c a folyadék fajhője J/(kgC), vagy kj/(kgc); f a forrponi hőmérékle, C; h r a folyadék párolgáhője J/kg (kj/kg). forráponhoz haonlóan a forrponi folyadék, a elíe gőz é a párolgáhő fajlago érékei i a nyomá függvényében váloznak. gőz jellemző hőani adaai: a forrponi hőmérékleű folyadék fajlago hőaralmá, a elíe gőz fajlago hőaralmá é a párolgáhő érékei hőani áblázaokban alálhajuk meg. z adaoka a nyomá vagy a forráponi hőmérékle függvényében adják meg. z ilyen áblázaoka Mollier áblázanak nevezzük. víz hőani adaai az. mellékle aralmazza. 5
úlhevíe gőz elíe gőz ovább melegíve, hőméréklee imé nő, úlhevíe gőz jön lére. úlhevíe gőz hőaralma: h c f h r c pk ( f ) h " c pk ( f ) ahol: h a fajlago hőaralom, J/kg (kj/kg); h'' elíe gőz fajlago hőaralma, J/kg (kj/kg); c a folyadék fajhője J/(kgC), vagy kj/(kgc); h r a folyadék párolgáhője J/kg (kj/kg); c pk a úlhevíe gőz közepe fajhője állandó nyomáon J/(kgC), vagy kj/(kgc); a úlhevíéi hőmérékle, C; f a forrponi hőmérékle, C.. mellékle. vízgőz adaai a nyomá függvényében Nyomá p, bar Forrponi hőmérékle, C Forrponi hőmérékleű folyadék fajlago hőaralma h', kj/kg elíe gőz fajlago hőaralma h'', kj/kg 0,0 6,98 9,35 53,4 484,0 0,05 3,9 37,7 560,7 43,0 0, 45,84 9,7 583,9 39, 0,4 75,89 37,46 635,7 38,3 0,6 85,95 359,73 65, 9,5 0,8 93,5 39,53 664,3 7,3,0 99,63 47,33 673,8 56,5,033 00 48,8 675, 56,4,0 0,3 504,4 704,6 00, 3,0 33,54 56, 73, 6,9 Párolgáhő Δhr, kj/kg 4,0 43,63 604,4 736,5 3, 6,0 58,84 670, 755, 085, 8,0 70,4 70,6 768,0 047,5 0,0 79,88 76, 777,5 05,3 0,0,37 908,0 800,6 89,6 50,0 63,9 53,8 794,6 640,8 6
00,0 30,96 407,0 75,6 38, 00,0 365,7 86,7 46,0 589,3 0,0 373,7 009,7 8,0 08,9 374,5 099,7 099,7 0 TNULÁSIÁNYÍTÓ Olvaa el figyelmeen az " hőközlé alapfeléele, hőani alapfogalmak" é a ". Fajlago hőaralom" című fejezeeke! Tanulja meg a bekereeze, fono fogalmaka! Válazoljon zóban az alábbi kérdéekre: Mi a feléele a hőközlének? Mi nevezünk fajhőnek? Mi a fajhő mérékegyége? Mi nevezünk fajlago hőaralomnak? Mi nevezünk elíe gőznek? Mi nevezünk párolgáhőnek, kondenzhőnek, láen hőnek? Tanulja meg, hogyan lehe kizámolni: - a melegíé eeén felve hő, - az m ömegáramú folyadék melegíééhez zükége hő; - a hőmérékleű folyadék fajlago folyadék hőaralmá, - a forrponi hőmérékleű folyadék fajlago hőaralmá, - a elíe gőz hőaralmá!. felada Töle ki az alábbi áblázao! Írja be az özefüggé mellé felhaználhaóágá, illeve a beűjel mellé a beűjel megnevezéé é mérékegyégé! Özefüggé Felhaználá Mérékegyég ' h c f Q c m c m ( ) 7
h r " ' h h h c h " c f h r h c f h c r pk ( f Q c m c m ( ) c h'' h' hr. felada Vize melegíünk a/ 0C-ről 60 C hőméréklere, ) b/ 0C-ről 00 C hőméréklere (00 C amozfériku nyomáon a forrponi hőmérékle) c/ a elíe gőzállapo megvalóíááig. Számía ki a fajlago hőaralom érékei! víz álago fajhője 4, kj/(kgc), víz párolgáhője amozfériku nyomáon 56,4 kj/kg. daok: 8
Ha úgy érzi, bizonyalan a feladaok megoldáában, anulmányozza á még egyzer a feladahoz arozó fejezee. Megoldáok. felada Özefüggé Felhaználá Mérékegyég ' h c f Forrponi hőmérékleű folyadék hőaralmának zámíáa Q c m c m ( ) m ömegű anyag felmelegíééhez zükége hő J h r " ' h h párolgáhő zámíáa elíe gőz é forrponi folyadék hőaralmának imereében h c Fajlago hőaralom zámíáa J/kg h " c f h r Telíe gőz hőaralmának zámíáa h c h c ) Túlhevíe gőz hőaralmának zámíáa J/kg f r pk ( f Q c m c m ( ) Tömegáram eeén az időegyég ala felve hő zámíáa c Fajhő J/(kgC) h'' Telíe gőz fajlago hőaralma J/kg h' Forrponi hőmérékleű folyadék fajlago hőaralma J/kg hr Párolgáhő (láen hő, kondenz hő) J/kg. felada daok: c = 4, kj/(kgc) = 400 J/(kgC), h r = 56,4 kj/kg = 56400 J/kg = 60 C a/ h c 400 J /( kg C) 60C 5000 J / kg b/ h ' c 400 J /( kg C) 00C 40000 J / kg " ' c/ h c h h h 400 J /( kg C) 00C 56400 J / kg 676400 J / kg f r r J/kg J/kg J/kg W Megjegyzé: a gőzáblázaból láhaó, hogy a forrponi hőmérékleű folyadék fajlago hőaralma kiebb, min a 40 000 J/kg. Ez azér fordulha elő, mer a ábláza a pono fajhő adaal kerül kizámíára. műzaki gyakorlaban vizon zámolhaunk a közelíő adaokkal i. 9
Kövekező lépékén oldja meg az Önellenőrző feladaoka! Ha ezeke ikerül egíég nélkül megoldani, cak akkor lehe bizo benne, hogy kialakíoa az ado émában a munkája elvégzééhez zükége kompeenciáka. 0
ÖNELLENŐZŐ FELDTOK. felada Egézíe ki az alábbi meghaározáoka! hőközlé alapfeléele hőközlé, hőáviel alapfeléele: a hő mindig a.. hőmérékleű helyről a hőmérékleű helyre áramlik. fajlago hőaralom fajlago hőaralom az a hőmennyiég, amely az.. anyag... C-ről az ado hőméréklere örénő felmelegíééhez zükége hő. párolgáhő fogalma Párolgáhőnek nevezzük az a hőmennyiége, amely. való áalakíáához zükége. felada Töle ki az alábbi áblázao! Írja be a felada mellé az özefüggé, illeve a fogalom mellé a beűjele é az SI alapmérékegyégeke! Felada Özefüggé Mérékegyég Forrponi hőmérékleű folyadék hőaralmának kizámíáa Folyadék hőmérékleről hőméréklere örénő felmelegíééhez zükége hő mennyiégének kizámíáa párolgáhő kizámíáa, ha imerjük a elíe gőz é a forrponi hőmérékleű folyadék hőaralmá Forrponi hőmérékleű folyadék hőaralmának kizámíáa Forrponi hőmérékleű folyadék hőaralmának kizámíáa Folyadék hőmérékleről hőméréklere örénő
felmelegíééhez zükége hő mennyiégének kizámíáa fajhő elíe gőz hőaralma forrponi hőmérékleű folyadék hőaralma párolgáhő 3. felada Vize melegíünk 0 bar nyomáon a/ 0C-ről 0 C hőméréklere, b/ 0C-ről forrponi hőméréklere, c/ a elíe gőzállapo megvalóíááig. Számía ki, illeve haározza meg a fajlago hőaralom érékei! fajlago hőaralom érékeinek meghaározáához haználja a vízgőzáblázao! Mekkora a forrponi hőmérékle, illeve a elíe gőz hőméréklee? daok: = c= h= h'= h"= f =
MEGOLDÁSOK. felada hőközlé alapfeléele hőközlé, hőáviel alapfeléele: a hő mindig a nagyobb hőmérékleű helyről a kiebb hőmérékleű helyre áramlik. fajlago hőaralom fajlago hőaralom az a hő, amely az egyégnyi ömegű anyag 0 C-ről az ado hőméréklere örénő felmelegíééhez zükége hő. párolgáhő fogalma Párolgáhőnek nevezzük az a hő, amely egyégnyi mennyiégű folyadék gőzzé való áalakíáához zükége.. felada Felada Özefüggé Mérékegyég Forrponi hőmérékleű folyadék hőaralmának kizámíáa Folyadék hőmérékleről hőméréklere örénő felmelegíééhez zükége hő mennyiégének kizámíáa párolgáhő kizámíáa, ha imerjük a elíe gőz é a forrponi hőmérékleű folyadék hőaralmá Forrponi hőmérékleű folyadék hőaralmának kizámíáa ' h c f Q c m c m ( ) h r " ' h h Forrponi hőmérékleű folyadék hőaralmának kizámíáa Folyadék hőmérékleről hőméréklere örénő felmelegíééhez zükége hő mennyiégének kizámíáa J/kg J J/kg h c J/kg h " c f h r Q c m c m ( ) J/kg W fajhő c J/(kgC) elíe gőz hőaralma h'' J/kg forrponi hőmérékleű folyadék hőaralma h' J/kg párolgáhő hr J/kg 3
3. felada daok: c = 4, kj/(kgc) = 400 J/(kgC), h r = 05,3 kj/kg = 05300 J/kg = 0 C a/ h c 400 J /( kg C) 0C 46000 J / kg b/ h'=76, kj/kg c/ h"= 704,6 kj/kg forrponi hőmérékle: f = 79,88 C elíe gőz forrponi hőmérékleű ( f = 79,88 C) 4
HŐKÖZLÉS, HŐÁTVITEL TÖVÉNYEI ESETFELVETÉS-MUNKHELYZET vegyipari műveleek megvalóíáánál gyakran alkalmazunk hőcerélő berendezéeke hőcerélő berendezéek üzemeleée orán fono udnunk, hogy a hőközléi folyamaok milyen formában valóulnak meg, milyen ényezők befolyáolják a folyamaoka hőközléi feladaok megvalóíáa orán egíenie kell munkaárai a berendezéek kezeléében, üzemeleéében. berendezéek gazdaágo üzemeleéhez imerni kell a hőközlé alapveő örvényei, megvalóuláának folyamaá: Tapazalaai alapján válazoljon az alábbi kérdéekre! Milyen hőközléi folyamaoka imer? Írjon példáka a hőközléi folyamaokra! Példák Höközléi folyamaok:. Egy reklámújágban korzerű, hőzigeel ablak beépíéé javaolják. hőzigeelé jellemzéére az írják: "az ablak "k" ényezője ". Mi jelen ez az érék? Megoldá 5
. Példák lehenek: Nap melegíi a Földe: hőugárzá zél meleg vagy hideg levegő hoz: hőzállíá radiáor melegíi a zoba levegőjé: hőábocáá b.. "k" ényező az ablak hőzigeeléének méréké fejezi ki. "k" ényező hőábocáái ényezőnek nevezzük é az fejezi ki, hogy az ablak m felüleén C hőméréklekülönbég haáára mennyi hő áramlik á (jelen eeben W; ez elég ki érék). fejeze feldolgozáa uán el kell udni magyarázni munkaárainak: - a hőcerélő feladaá, - a hővezeé, hőáadá é hőugárzá fogalmá, folyamaá, - a hővezeéi-, hőáadái alapegyenle megfogalmazáá, - a öbbréegű fal hővezeéé, - a hőábocáá hőani megfogalmazáá, - a hőábocáá folyamaá, örvényzerűégei, a felülei hőcerélők hőmérlegének, a leado, áado é felve hő zámíáának módjá, SZKMI INFOMÁCIÓTTLOM. hőcerélő berendezé fogalma vegyiparban nagyzámú olyan kézülék van, amelye akár echnológiai, akár energiagazdálkodái műveleek kapcán célzaoan hőközlé, illeve hőelvoná lefolyaáára, azaz hőcerélő berendezékén alkalmaznak. hőcerélő fogalma, feladaa hőcerélők olyan berendezéek, amelyek a hő valamely nagyobb hőmérékleű (hőleadó) közegől egy máik, kiebb hőmérékleű (hőfelvevő) közeghez közveíik.. hőázármazaá (hőáviel) mikor valamilyen művelei, illeve echnológiai felada megoldáánál hő akarunk eljuani az egyik anyagból egy máik anyagba, vagy egy ado helyről egy máik helyre, akkor a művelee hőázármazaának vagy hőávielnek nevezzük. hőáviel alapveő formái: - hővezeé (kondukció), - hőzállíá (konvekció), 6
- hőugárzá (radiáció). hőközlé orán az alapveő formák rikán fordulnak elő önállóan. gyakorlaban ezek kombinációjakén jelenik meg a hőközlé. közvee hőközlé, a hőáviel özee (az alapveő formák kombinációjakén megjelenő) formái: - hőáadá - hőábocáá. hővezeé (kondukció) hőáviel, hőázármazaá egyik formája a vezeée hőáadá, vagy egyzerűen a hővezeé. hővezeé jellemzője, hogy lée anyagi rézeckékhez van köve, a hő rézeckéről rézeckére erjed ovább. hővezeé jellemző eee, amikor az egyik végén melegíe varúd máik vége egy bizonyo idő uán zinén felmelegzik. Ebben az eeben a rúd rézeckéi adják á egymának a nagyobb energiá, a hő. Hővezeé előorban zilárd anyagokban, fémekben valóul meg. Folyadékok é gázok eeén nemcak az érinkezé úján erjed a hő, hanem a rézeckék mozgáukkal magukkal vizik a hő. Hővezeéen a hő olyan erjedéé érjük, amikor a hő ké zomzédo rézecke úgy adja á egymának, hogy közben helyükről ézreveheően nem mozdulnak el. Hővezeé eeén a zilárd anyagban, például egy falban erjedő hőáram, az időegyég ala ázármazao hő egyeneen arányo a hőmérékle-különbéggel é fordíoan arányo a hőellenálláal (. ábra). 7
hővezeéel erjedő hő: Q,. ábra. hővezeé befolyáoló ényezők ahol: Q az időegyég ala ááramló hő, W; a hőmérékle-különbég, C; a fal egyik oldalán a nagyobb hőmérékle, C; a fal máik oldalán a kiebb hőmérékle, C; a hőellenállá. hőellenállá egyene arányo a falvaagággal, fordíoan arányo az anyagra jellemző hővezeéi ényezővel é a kerezmeze nagyágával. hőellenállá zámíáa:, ahol: a hőellenállá, a falvaagág, m; λ a az anyag hővezeéi ényezője, W/(m C); a Beralan Zol-Cirmaz nal-szabó Lázló-Uhlár Zolán: Műzaki imereek, Műzaki Könyvkiadó, Budape,999. 8
hőáramra merőlege kerezmeze felülee, m. hőellenállá behelyeeíéével a ík falon ávezee hő: Q, ahol: Q az időegyég ala ááramló hő, W; a hőmérékle-különbég, C; a falvaagág, m; λ a az anyag hővezeéi ényezője, W/(m C); a hőáramra merőlege kerezmeze felülee, m. hővezeéi ényező az egyégnyi falvaagágú anyagon egyégnyi hőméréklekülönbég eeén egyégnyi felüleen ááramló hő. fémek jól vezeik a hő, a hővezeéi ényező éréke záza nagyágrendű (00 W/(m C). Hőcerélő berendezéeknél előnyö, ha a hővezeéi ényező nagy, mer minél nagyobb az éréke, annál jobb a hőközlé megvalóuláa. Hőcerélő berendezéek eeén ehá lényege, hogy jó hővezeő anyagból kézüljön a kézülék. Má eeekben arra örekzünk, hogy jó hőzigeelő legyen az alkalmazo zerkezei anyag. hőcerélő berendezéeke kívülről zigeelni kell, hogy kici legyen a hővezeég, a környezenek áado hő. Lakáok épíéénél például örekedni kell, hogy olyan zerkezei anyagoka alkalmazzunk, amelyek a környezeől "elzigeelik" a belő ereke, é nem az ucá fűjük. Ennek környezevédelmi zemponból i nagy jelenőége van. Jó hőzigeelő anyagoknál a hővezeéi ényező éréke W/(m C, vagy ennél kiebb. Nagyon jó hőzigeelé bizoí (például a öbbréegű ablakoknál) a levegő é a vákuum. Többréegű fal hővezeée gyakorlaban okzor fordul elő, hogy a falak kialakíáa öbbréegű. hőcerélők eeén a hőcerélő falán lerakódáok alakulnak ki. Hőzigeelé eeén pedig zándékoan alkalmazunk hőzigeelő anyagoka a hővezeég cökkenéére. Többréegű fal hővezeéénél az egye réegek ellenálláa özeadódik, így a öbbréegű fal ellenálláa az egye réegek ellenálláának özegekén jelenik meg. Többréegű falon ávezee hő: Q ( 4). 3 3 hőzállíá (konvekció) Hőzállíá, amikor valamely közeg rézeckéi a érben helyüke válozaják, é magukkal vizik a hő. 9
Hőzállíá eee jázódik le akkor, amikor a meleg levegő felemelkedik é meleg rézeckéi magukkal vizik a hő. hőzállíá leggyakrabban úgy valóul meg, hogy a közeg (gáz vagy folyadék) egy zilárd fallal érinkezik é eől vezi á, vagy ennek adja á a hő. Ilyenkor hőáadáról bezélünk (. ábra).. ábra. hőáadá folyamaa é a hőáadá befolyáoló ényezők 3 konvekció hőázármazaánál különbége ezünk azerin, hogy az áramlá mi idézi elő. Ha a folyadékban vagy a gázban helyi hőmérékle-különbégek vannak, amivel megfelelő űrűégkülönbégek járnak együ, akkor ez zabad áramlá idéz elő. Ez a zabad áramláo vagy ermézee konvekció jelenége. ermézee konvekció példája a meleg é a hideg levegő helyceréje. hideg levegő nagyobb űrűége kövekezében a nehézégi erő haáára lefelé mozog, é kizoríja a kiebb űrűégű meleg levegő. Ha az áramlá külő mozgaóerő (kényzer) haáára jön lére, kényzeríe áramláról vagy kényzerkonvekcióról bezélünk. Kényzerkonvekció például folyadék zivayúzáával vagy gőz fúvaáával idézheünk elő. hőugárzá hőázármazaá harmadik fajája a ugárzá. 3 Beralan Zol-Cirmaz nal-szabó Lázló-Uhlár Zolán: Műzaki imereek, Műzaki Könyvkiadó, Budape,999. 0
Míg az előző ké hőázármazaái formánál a hőávielhez valamilyen közeg jelenlée vol zükége, addig i a ugárzó é a ugárzá elnyelő anyag közö nem zükége közbenő anyagi rézeckék jelenlée. Sugárzá úján erjed a hő a Napból a világűrbe, é így a Föld irányába i. Napból kiugárzo hő a Föld felzínére érkezve felmelegíi a zárazföldeke, illeve a vizeke. földfelzínről, illeve a vizek felüleéről adódik á a hő a levegőnek. Ez uóbbi már hőáadái folyama. Sugárzáal erjed a hő a hőugárzók eeén. ugárzá a eünke melegíi, így a körülöünk lévő levegő fölmelegíée nélkül i melegnek érzékeljük környezeünke. Hőugárzá örénik, amikor valamely e hőaralmának egy réze ugárzó energiává alakul á, é ez a ugárzá egy máik ebe üközve rézben vagy egézben hőenergiává alakul viza. hőugárzái folyama alapveően elér ezekől, mer i az energiahordozók nem rézeckék, hanem a meleg e álal kibocáo elekromágnee hullámok. hőábocáá hőázármazaá három megnyilvánulái formája rikán fordul elő önállóan, öbbnyire valamilyen módon egymáal árulva jelenkezik. z áramló közeg é az az haároló fal közöi hőázármazaái folyamao hőáadának nevezzük. Ebben az eeben az áramló közeggel, a rézeckék mozgáával ju el a hő a zilárd falhoz, illeve fordíva, a zilárd falból a közegáramba. Ilyen ee fordul elő, amikor valamilyen fűőeel melegíjük a zobában a levegő. fűőe felmelegíi a környezeében levő levegő, majd a hő a levegő mozgáa juaja el a helyiég öbbi rézébe, é ily módon alakul ki a helyiég minden rézében azono hőmérékle. hőáadái folyama ké alapveő hőközléi forma özegeződée: - a hő molekulári méreekben vezeéel adódik á a falról az anyagra (vagy fordíva, az anyagról a falra) - az anyagban hőzállíáal erjed a hő. gyakorlaban a hőközlé még bonyolulabb folyama. Például a radiáor belejében áramló meleg víz hő ad á a radiáor falának, é felmelegíi annak belő oldalá. Ez a folyama hőáadá. radiáorfalban hővezeéel erjed a hő a belő falfelüleről a külő falfelülere. külő falfelüleről a hő a radiáor körülvevő levegőbe ju. Ez a folyama i hőáadá. Ilyenkor a hőázármazaá a fal ké oldalán végbemenő hőáadából é a falban lezajló hővezeéből evődik öze. Ebben az eeben hőábocááról bezélünk (3. ábra).
3. ábra. hőábocáá folyamaa 4 Hőábocáá eeén a hőközlé ké közeg közö megy végbe egy falon kerezül. z egyik közeg hőáadáal melegíi a fala, a falban hővezeéel erjed a hő, majd a máik oldalon a fal imé hőáadá formájában adja á a hő a máik közegnek. hőábocáá befolyáoló ényezők a 4. ábrán láhaók. 4 Beralan Zol-Cirmaz nal-szabó Lázló-Uhlár Zolán: Műzaki imereek, Műzaki Könyvkiadó, Budape,999.
4. ábra. hőábocáá befolyáoló ényezők 5 fal mellei haárréegben a hő vezeéel erjed. haárréeg vaagágá azonban nem lehe megállapíani. Emia bevezeünk egy, a hőáadára jellemző hőáadái ényező:. hővezeé ellenálláa ( ) helye a haárréeg ellenálláa a hőáadái ényező bevezeéével a kövekezőképpen alakul:, 5 Beralan Zol-Cirmaz nal-szabó Lázló-Uhlár Zolán: Műzaki imereek, Műzaki Könyvkiadó, Budape,999. 3
ahol: a haárréeg ellenálláa, a hőáadái ényező, a hőáramra merőlege felüle. hőábocáá folyamaa három rézből evődik öze: - a fal egyik oldalán a hőáadá, - a falban hővezeé, - a fal máik oldalán hőáadá. hőábocáá befolyáoló ényezők: - a fal egyik oldalán a közegre jellemző hőáadái ényező ( ), - a fal egyik oldalán a közegre jellemző hőáadái ényező ( ), - a fal anyagának hővezeéi ényezője ( ), - a fal vaagága (), - a hőmérékle-különbég a fal ké oldalán (Δ). Ha a hőábocáá folyamaá úgy ekinjük, min háromréegű fal hővezeéé, az o alkalmazo levezeé haználhajuk. hőábocááal ááramló hő: 4 Q. Vezeük be a k özefüggé, ahol k a hőábocáá hőani é zerkezei állandói özefoglaló hőábocáái ényező. hőábocáái ényező bevezeéével az egyenle egyzerűödik. hőábocáá alapegyenlee: Q k, hol: Q az egyik közegből a máik közegbe a falon kerezül ábocáo hő, W; k a hőábocáái ényező, W/(m C); Δ a melegebb é a hidegebb közeg hőméréklekülönbége, C. hőábocáái ényező: k 4
ahol: k a hőábocáái ényező, W/(m K), vagy W/(m C); az egyik közeg hőáadái ényezője, W/(m K), vagy W/(m C); ); a máik közeg hőáadái ényezője, W/(m K), vagy W/(m C); a falvaagág, m; a fal anyagának hővezeéi ényezője, W/(mK), vagy W/(mC). TNULÁSIÁNYÍTÓ ananyago a kövekező lépéekben ajáía el: Olvaa el figyelmeen " HŐKÖZLÉS, HŐÁTVITEL TÖVÉNYEI" rézből az ". hőcerélő berendezé fogalma", é a ". hőázármazaá, hőáviel" című fejezee, anulja meg ponoan a bekereeze, fono fogalmaka, zabályoka, özefüggéeke. Válazoljon - zóban - a kövekező kérdéekre: Mi a feladaa a hőcerélőknek? Mi nevezünk hővezeének, hőzállíának, hőugárzának? Mi nevezünk hőáadának, hőábocáának? Oldja meg az -4. feladaoka.. felada Vezee le egy háromréegű fal hővezeéének meghaározáára zolgáló özefüggé! Segíég a felada megoldáához: háromréegű fal egye ellenálláai özeadódnak. hőmérékleválozá () az elő falík legnagyobb é a harmadik falík legkiebb hőméréklee (= - 4 ), az egye falak falvaagágai:,, 3, hővezeéi ényezői:,, 3. Írja fel a hővezeéel erjedő hő meghaározáára zolgáló özefüggé a három réege egyége falnak ekinve. Fejezze ki az egye falak ellenálláai (,, 3,) külön-külön, majd helyeeíe be az alapegyenlebe helyébe az ellenálláok özegé. z így kapo özefüggéből kifejezve Q éréké megkapja a háromréegű fal hővezeéének kizámíáára haználhaó özefüggé! 5
. felada Vezee le, hogyan lehe hőábocáá eeén meghaározni az ábocáo hő mennyiégének megállapíáára zolgáló özefüggé! levezeéhez haználja fel a 4. ábrán láhaó paraméereke, valamin a háromréegű fal hővezeéénél alkalmazo meggondoláoka! 6
HŐKÖZLÉS 7 3. felada Töle ki az alábbi áblázao! Írja be az özefüggé mellé felhaználhaóágá, illeve a beűjel mellé a beűjel megnevezéé é mérékegyégé! Özefüggé Felhaználá Mérékegyég k Q k Q
Q ( 4) 3 3 c hr 4. felada Haározza meg egy radiáor hőábocáái ényezőjének nagyágá! radiáor falvaagága 0, cm, hővezeéi ényezője 00 W/(m C); a levegőoldali hőáadái ényező nagyága 0 W/(m C), a vízoldali hőáadái ényező nagyága 00 W/(m C). Figyelje meg, melyik hőani ényező befolyáolja legjobban a hőábocáái ényező nagyágá! Írja le megfigyelée eredményé! daok: Ha úgy érzi, bizonyalan a feladaok megoldáában, anulmányozza á még egyzer a feladahoz arozó fejezee. Megoldáok. felada 8
HŐKÖZLÉS 9, 4 Q 3,,,, 3 3 3 Q 3 3 4 3 3 4 3. felada, 4 Q 3,,,, 3 Q 4 4 3. 3. felada Özefüggé Felhaználá Mérékegyég k hőábocáái ényező kizámíáa W/(m K), vagy W/(m C); Q hővezeéel erjedő hő nagyágának kizámíáa W k Q hőábocááal erjedő hő kizámíáa W hőáadó réeg ellenálláa C/W hővezeő réeg ellenálláa C/W 3 3 4 ) ( Q Háromréegű fal hővezeée W c Fajhő J/(kgC), vagy kj/(kgc), Hőáadái ényező W/(m K), vagy
Hővezeéi ényező W/(m C); W/(mK), vagy W/(mC); hr Párolgáhő J/kg vagy kj/kg 4. felada Haározza meg egy radiáor hőábocáái ényezőjének nagyágá! radiáor falvaagága 0, cm, hővezeéi ényezője 00 W/(mC); a levegőoldali hőáadái ényező nagyága 0 W/(m C), a vízoldali hőáadái ényező nagyága 00 W/(m C). daok: = cm = 0,0 m, = 00 W/(mC), = 0 W/(m C), = 00 W/(m C). k 0 W /( m 0,0 m C) 75 W /( m C) 00 W /( m C) 9,5 W /( m C) kizámío éréke a legnagyobb ellenállá haározza meg, vagyi a legnagyobb mérékben a levegőoldali (a legrozabb) hőáadái ényező haározza meg a hőábocáái ényező éréké. Kövekező lépékén oldja meg az Önellenőrző feladaoka! Ha ezeke ikerül egíég nélkül megoldani, cak akkor lehe bizo benne, hogy kialakíoa az ado émában a munkája elvégzééhez zükége kompeenciáka. 30
ÖNELLENŐZŐ FELDTOK. felada Írja le, milyen rézekből áll öze a hőábocáá folyamaa! Írja le, milyen ényezők befolyáolják a hőábocáá!. felada Töle ki az alábbi áblázao! Írja be felada mellé a felada megoldáához felhaználhaó özefüggé, illeve a beűjel mellé a beűjel megnevezéé é az özefüggében alkalmazhaó mérékegyégé! felada, illeve beűjel felada megoldáához alkalma özefüggé, illeve a beűjel megnevezée zámío érék, illeve a beűjelhez arozó mérékegyég hővezeéel áado hő nagyága hőábocáá alapegyenlee hőábocáái ényező kizámíáára alkalma özefüggé 3
k 3. felada Egy hőcerélőben meleg vízzel melegíünk hideg vize. hőcerélő hőani adaai: falvaagága 3,5 mm, hővezeéi ényezője 75 W/(mC); a vízoldali hőáadái ényező nagyága mindké oldalon 00 W/(m C). a/ Haározza meg a hőábocáái ényezőjének nagyágá! b/ hőcerélő egy rézén "levegő". levegő hőáadái ényezőjének nagyága: 0 W/(m C). Kell-e légeleníeni a hőcerélő? 3
MEGOLDÁSOK. felada hőábocáá folyamaa három rézből evődik öze: - a fal egyik oldalán a hőáadá, - a falban hővezeé, - a fal máik oldalán hőáadá. - hőábocáá befolyáoló ényezők: - a fal egyik oldalán a közegre jellemző hőáadái ényező ( ), - a fal egyik oldalán a közegre jellemző hőáadái ényező ( ), - a fal anyagának hővezeéi ényezője ( ), - a fal vaagága (), - a hőmérékle-különbég a fal ké oldalán (Δ).. felada felada, illeve beűjel hővezeéel áado hő nagyága hőábocáá alapegyenlee hőábocáái ényező kizámíáára alkalma özefüggé felada megoldáához alkalma özefüggé, illeve a beűjel megnevezée Q Q k Hőáadái ényező Hővezeéi ényező k Hőábocáái ényező zámío érék, illeve a beűjelhez arozó mérékegyég k W/(m K), vagy W W W/(m C); W/(m K), vagy W/(m C); W/(mK), vagy W/(mC); W/(m K), vagy W/(m C); 3. felada daok: 33
= 3,5 mm = 3,50-3 m, = 75 W/(mC), = 00 W/(m C), = 00 W/(m C). b/ felada = 0 W/(m C). a/ k b/ k 00 W /( m 3 3,5 0 m C) 75 W /( m C) 00 W /( m 3 3,5 0 m C) 75 W /( m C) 0 W /( m C) 99,8 W /( m 00 W /( m C) C) 9,5 W /( m C) hőcerélő légeleníeni kell, mer a levegővel érinkező rézen izedére cökken a hőábocáái ényező nagyága é ezzel ezen a felüleen izedére cökken az áado hő nagyága (vagyi gyakorlailag haáalan a levegővel érinkező rézen a hőáadó felüle). 34
IODLOMJEGYZÉK FELHSZNÁLT IODLOM Balogh Lázlóné dr. Fizika I. Mechanika, hőan, Szakközépikoláoknak, Műzaki Kiadó, Budape, 006. Beralan Zol-Cirmaz nal-szabó Lázló-Uhlár Zolán: Műzaki imereek, Műzaki Könyvkiadó, Budape,999. JÁNLOTT IODLOM Wong, H.Y.: Hőáadái zebkönyv, Műzaki Könyvkiadó, Budape,983. Ciborowki, J..: vegyipari műveleek alapjai. Műzaki Könyvkiadó, Budape,969. 35
(z) 047-06 modul 08-a zakmai ankönyvi aralomeleme felhaználhaó az alábbi zakképeíéekhez: zakképeíé OKJ azonoíó záma: zakképeíé megnevezée 5 54 0 0000 00 00 Kőolaj- é vegyipari géprendzer üzemeleője 54 54 0 000 00 00 Vegyipari echniku zakmai ankönyvi aralomelem feldolgozáához ajánlo órazám: 8 óra
kiadvány az Új Magyarorzág Fejlezéi Terv TÁMOP.. 08/-008-000 képzé minőégének é aralmának fejlezée kereében kézül. projek az Európai Unió ámogaáával, az Európai Szociáli lap árfinanzírozáával valóul meg. Kiadja a Nemzei Szakképzéi é Felnőképzéi Inéze 085 Budape, Baro u. 5. Telefon: () 0-065, Fax: () 0-063 Felelő kiadó: Nagy Lázló főigazgaó