suport curs fochist

7/23/2019 SUPORT Curs Fochist

1/68

SUPORT DE CURSFOCHITI CLASA C, conform PT C9-2010 ISCI

1. Noiuni de fizic i chimiePentru nelegerea proceselor de ardere a combustibililor, a transmiterii cldurii, a circulaiei apei n cazan, a formrii

aburului i a proprietilor sale, considerm util s amintim pe scurt unele noiuni de fizic i chimie.De altfel, noiunile ce urmeaz sunt prevzute n programa analitic a cursului de fochiti din PT C9-2010, colecia.

ISCIR.1.1. Noiuni de baz

1.1.1. Corp - Prin corp nelegem tot ce ocup un loc n spaiu. Un vechi postulat afirm c dou corpuri diferite nu potocupa n acelai timp, acelai loc n spaiu.Exemplu: Apa i aerul sunt dou corpuri diferite. Cazanul, cnd este gol el este de fapt "plin cu aer". Cnd umplem

cazanul "gol'cu ap, trebuie s deschidem mai nti robinetul de aerisire pentru ca, n timp ce apa intr n cazan aerul s iasn atmosfer.

Clasificarea corpurilorDup starea de agregare deosebim corpuri:- solide - cele care au form i volum propriu:cazane, pompe etc,- lichide - auvolum propriu, dar iau forma vaselor n care sunt puse apa,pcura etc;- gazoase - n-au nici form nici volum propriu, umplnd tot volumul pe care l au la dispoziie: aer, abur, gaz metan

etc.Corpurile lichide i gazoase - pentru c ambele au proprietatea de a curge (prin conducte, robinete, fisuri)- sunt

numite fluide.1.1.2. Structura materiei - Materia este format din atomi care constituie elementele chimice. n natur se

cunosc peste 100 elemente chimice, cele mai uzuale fiind:- O (oxigen) - Ca (calciu) - Fe (fier)- H (hidrogen) - Na (natriu sau sodiu) - Cu (cupru)- N (azot) - K (kaliu sau potasiu) - Al (aluminiu)- C (carbon) - Mg (magneziu) - Si (siliciu)- S (sulf) - CI (clor) -Mn (mangan)- P (fosfor) - Hg (mercur) - Cr (crom) etc.1.1.3. Combinarea elementelor chimice - Atomi se potcombina ntre ei formnd molecule, dup anumite legi.Exemplu:

- o molecul de hidrogen se compune din doi atom de hidrogen: H + H = H 2;- o molecul de oxigen se compune din doi atom de oxigen O + O = O 2;

- hidrogenul i oxigenul se gsesc n natur numai sub form molecular.- o molecul de ap se compune din doi atomi de Hidrogen i un atom de oxigen: H 2 +1/2 O2 = H2O;- un atom de carbon C se combin cu unul sau doi atomi de O, formnd, n primul caz, oxid de carbon (monoxid) iar n

al doilea caz, dioxid (bioxid) de carbon:C + 1/2O2 = CO; C + O2 = CO2;Moleculele unui corp sunt atrase ntre ele de o for de atracie numitfor de coeziune.Dac fora de coeziune este foarte mare, corpul este solid.Dac fora de coeziune este mic, corpul este lichid.Dac fora de coeziune este foarte mic, corpul este gazos.n natur, unele corpuri pot fi gsite n toate cele trei stri de agregare.Exemplu: apa - lichid, gheaa - solid, aburul - gazos.1.1.4.Transformri fizice - sunt transformri prin care se poate schimba forma corpurilor sau starea lor de agregare,

dar nu i compoziia lor.1.1.5.Transformri chimice - sunt transformrile prin care se schimb compoziia chimic a unei substane.Exemplu:

- n procesul de ardere, gazul metan CH4 se combin cu oxigenul i rezult ap i dioxid de carbon: CH4 + 2O2= C02 +H20;

- hidrogenul prin ardere, se combin cu oxigenul i formeaz ap: H2 +O2=H20-sulful, prin ardere, formeaz cu oxigenul dioxidul de sulf: S +O2=SO2Principiul conservrii materiei afirm c, n toate transformrile fizice i chimice materia nu se pierde, ci numai se

transform, cantitatea de materie rmnnd constant.1.1.6. Masa corpurilor - Simplist, definim masa unui corp simbol m, cantitatea de materie din acel corp.Unitatea de msur pentru mas este kilogramul, avnd simbolul kg i este masa

unui litru (dm3) de ap pur la temperatura de +4C1.1.7. Fora - simbol F-se definete ca fiind cauza schimbrii strii de repaus sau de micare a corpurilor. Se msoar n

kilograme for, avnd simbolul kgf.1 kilogram for este fora care aplicat unui corp cu masa cu masa de 1 kg i imprim acestuia o acceleraie de 9,8

m/sec2.

1


2/68

n sistemul internaional de uniti, unitatea de msur pentru for este newtonul (simbol N).Newtonul este fora care aplicat unei mase de un kilogram i imprim; acesteia o acceleraie de un metru pe secund la

ptrat. Relaia dintre N i kilogramfor este:1 N = 0,102 kgf, 1 kgf = 9,8 N.n tehnic, fora se simbolizeaz printr-un segment de dreapt OF (indicnd direcia forei), avnd la un capt punctul

de aplicaie O i la cellalt capt F o sgeat indicnd sensul forei.O FFig. 1.1 Simbolizarea foreiSegmentul OF reprezint, la scar, mrimea, direcia i sensul forei (fig. 1.1.).1.1.8.Lucrul mecanic - simbol L - este produsul dintre fora F n kgf i lungimea I n m cu care corpul este deplasat

de for F, n direcia ei. Se msoar n kilogram for metru. L = F x I (kgfm).n sistemul internaional, lucrul mecanic se msoar n J (jouli). Un joule estelucrul mecanic produs de o for de unnewton cnd punctul ei de aplicaie se deplaseaz cu un metru, pe direcia forei.

1J= 1N x 1m.1.1.9. Energia - simbol E - este capacitatea pe care o are un corp de a produce lucru mecanic i se exprim, ca i acesta,

n kgfm sau joule.1.1.10. Puterea - simbol P - este lucru mecanic efectuat n unitatea de timp.P = L/t = E/t (kgfm/sec) kilogram for metru pe secundDeci, puterea este numeric egal cu energia dezvoltat n unitate de timp.Echivalena ntre diverse uniti de energie este reprezentat n tab.1.1.a. i tab.1.1.b.n natur, energia se ntlnete sub diverse forme: termic, mecanic, electric. chimic, nuclear, eolian, hidraulica

etc.1.1.11. Legea conservrii energiei demonstreaz c energia (simbol E) nu se pierde, ci numai

se transform.ExemplulEnergia chimic latent a combustibilului se transform prin ardere n energie termic: aceasta, nclzind apa

i transformnd-o n abur, produceenergie mecanic (nvrtirea turbinei de abur).,iar aceasta prin transformarea n generatorulelectric, produce energie electric. Energia electric se transform la rndul ei n energie termic, energie mecanic etc.

1.1.12. Greutatea - simbol G - este fora cu care orice corp este atras de Pmnt (datorit gravitaiei) i tinde s cadvertical spre centrul Pmntului. De altfel orice corp atrage spre el corpurile din jurul su (legea atraciei universale).

G = m x g unde m = masa de repaos a corpului i g = acceleraia gravitaional.Unitatea de msur pentru greutate este, ca i pentru for, kgf.kg i kgf sunt uniti de msur pentru mrimi diferite (mas i for).n timp ce masa corpurilor este constant, greutatea corpurilor variaz cu latitudinea i altitudinea (nlimea) locului

unde se msoar. La poli, Pmntul fiind turtit, acelai corp cntrete mai mult dect la ecuator. Cu ct ne ridicm mai susdeasupra Pmntului, fora de atracie a acestuia (gravitaia), deci i greutatea corpurilor, scade continuu.

La nlimi mari, greutatea este echilibrat de fora centrifug rezultat din rotirea Pmntului n jurul axei sale icorpurile nu mai cad atrase de Pmnt, ci plutesc.

cal kcal J kJ kWh MWh kgfm

cal 1 10-3 4,186 4,186 10-3 1,163 10-6 1.163 10-9 0,427

kcal 103 1 4,186 103 4,186 1,163 10-3 1,163 10-6 427

J 0,2388 2,388 10-4 1 10-3 2,78 10-7 2,78 10-10 0,102

kJ 238,8 0,2388 103 1 2,78 10-4 2,78 10-7 102

kWh 8,6 105 860 3,6 106 3600 1 10-3 3,67 105

MWh 8,6 108 86 104 3,6 109 3,6 106 103 1 3,67 108

kgfm 2,342 2,342 10-3 9,8 9.8 10-3 2,2724 10-6 2,2724 10-9 1

Tab. 1.1.a. Echivalena ntre diverse uniti de energie

Tb. 1.1. b. Echivalena ntre diverse uniti de putere1.1.13. Greutatea specific este greutatea unitii de volum a unui corp; se simbolizeaz cu litera greceasc (gama) i

2

kW kcal/h CP kgfm/sec

kW 1 860 1,36 102

kcal/h 1,163 10-3 1 1,582 10-3 0,1186

CP 0,736 632 1 75

kgfm/sec 9,81 10-2 8,43 1,333 10-2 1


3/68

se msoar n kgf/dm3 la solide i lichide, i n kgf/m3 la gaze.Greutatea specific a principalelor materiale este:- abur saturat la 10 bar - 5,049 kgf/m3; aer -1,293 kgf/m3; gaz metan - 0,717 kgf/m3;- ap - 1 kgf/dm3; mercur - 13,69 kgf/dm3; motorin - 0,87 kgf/dm3;- lemn 0,12-1 kgf/dm3; fier - 7,8 kgf/dm3; cupru - 8,93 kgf/dm3.Corpurile mai uoare dect apa plutesc, iar cele mai grele, se scufund. Altfel spus, greutatea specific arat de cte ori

corpul respectiv este mai greu dect apa.1.1.14. Densitatea este masa unitii de volum. Simbolul folosit este litera greceasc (ro) i se msoar n g/cm 3 sau

n kg/m3.1.1.15. Presiunea - simbol p - se definete ca raportul ntre dintre fora F i suprafaa S pe care aceast for F se

exercit perpendicular i uniform.Presiunea este deci fora n kgf ce apas pe fiecare cm2 din suprafaa interioar a cazanelor, recipienilor sau

conductelor sub presiune.Presiunea poate aciona i din exterior.Dac lum ca unitate de msur pentru for - kg - i pentru suprafa - cm 2, atunci unitatea de msur pentru, presiune

este kgfcm2.

Fig. 1.2Simbolizarea presiunii.Daca se ia ca unitate de msura pentru fora - N (newton) i pentru suprafa - m2, atunci unitatea de msur pentru

presiune (n sistemul internaional) este N/m2 sau Pascal, simbol Pa:1 Pa=1 N/m2; 1 kPa=1.000 Pa; 1 MPa=1.000.000 Pa=10 bar.Deoarece presiunea de 1 Pa este foarte mic, n practic se folosete ca unitate bar-ul, care este egal cu:1 bar=1000 mbar=100.000 Pa=0,1 MPa=1,02 kgf/cm2=1,02 at=14,5 psi.n tehnic se folosete curent ca unitate de msur a presiunii atmosfera tehnic (simbol at): 1 at=1kgf/cm2=0,98 barn practic se consider c 1 bar este aproximativ egal cu:1 bar=1 kgf/cm2=1 at=10 m CA (coloan ap)=735,5 mm Hg=14,5 psiAlte uniti de msur pentru presiune derivate din cele de mai sus:1 m CA=6,1 kgf/cm2 =0,098 bar;1 mm CA=0,098 mbar=0,0001 kgf/cm2

1 mm Hg=1 Torr=1,333 mbar=0,00136 kgf/cm2

1 psi=0,069 bar=0,0703 kgf/cm2.

Dup cum msurarea se face fa de presiunea atmosferic sau fa de vidul absolut, deosebim:Presiunea relativ - simbol pr - este presiunea care se msoar cu manometre. Acestea msoar presiunea fa depresiunea atmosferic i indic zero atunci cnd au racordul liber n atmosfer. Deci manometrele indic suprapresiunea fade presiunea atmosferic, adic presiunea relativ. Se msoar n at.

Presiunea absolut - simbol pabs- msurat n ata (atmosfer absolut) este presiunea fa de vidul absolut. Se msoarcu manometre depresiune absolut, care indic cea 1 bar cnd au racordul liber n atmosfer.

Valoarea presiunii absolute (msurat cu un manometru de presiune absolut) este egal cu presiunea relativ (msuratcu un manometru de presiune relativ) + presiunea atmosferic (cea. 1 at). De exemplu, presiunea relativ de 8at echivaleazcu presiunea absolut pabs = 8 at +1 at=9 ata.

1.1.16. Presiunea atmosferic - simbol patm- se datoreaz greutii stratului de aer ce nconjoar Pmntul. Ea apas pefiecare cm2, cu o for de circa 1 kgf=1 at.

Aerul - este un amestec n volume de 21% O, 78% N, 1% alte gaze i are o densitate de 1,293 kg/m 3 (1 m3 de aercntrete 1,293 kgf). Greutatea coloanei de aer de la suprafaa Pmntului pn la cea 2-3000 km ct este grosimea stratuluide aer apas pe fiecare cm2 din suprafaa Pmntului cu o presiune denumit atmosfer fizic (atm).

1 atm = 1,013 bar = 1,033 kgf/cm2 = 760 mm Hg = 10,33 m CA.Valorile date mai sus reprezint presiunea atmosferic standard, la nivelul mrii. n realitate, presiunea atmosferic

variaz cu altitudinea i condiiile meteorologice.Dac la altitudinea 0 m (nivelul mrii), presiunea atmosferic este de 760 mm Hg, la nlimea de 1000 m este de 674

mm Hg, iar la 8000 m este de 266 mm Hg.Evident c presiunea atmosferic acioneaz asupra oricrui corp de pe suprafaa pmntului, deci i asupra oamenilor,

animalelor, plantelor, caselor etc.Asupra unui om (care are o suprafa exterioar de cea. 4000 - 5000 cm 2) acioneaz deci fore de 4000 -5000 kgf.

Aceste fore sunt compensate de presiunea interioar din corp, care se menine la o valoare egal cu presiunea atmosferic.Omul poate suporta. n anumite condiii, presiuni exterioare pn la9 bar, unele mamifere pn la 25 bar, iar animalele marinede adncime pn la 1000 bar.

Existena presiunii atmosferice a fost demonstrat de Torricelli i este ilustrat n

3


4/68

Fig. 1.3. Aciunea presiunii atmosfericeUn tub de sticl, lung de cea 1 m, se umple cu mercur. Se astup captul liber cu degetul i se rstoarn ntr-un vas cu

mercur. Mercurul din tub va cobora, rmnnd la nlimea de cca. 760 mm, deasupra fiind vid. Ceea ce menine coloana demercur la nlimea respectiv este presiunea atmosferic (Pa) care apas asupra suprafeei mercurului din vas.presiunea atmosferic, notat cu Pa, este echilibrat de greutatea coloanei de mercur de 760 mm care apas cu circa 1 kgf pefiecare cm2.

Unitatea de msur este denumit Torr, n cinstea lui Torricelli (1Torr =1 mm col. Hg).Dac repetm experiena cu ap (cu un tub lung de cea. 11 m), apa va rmne n tub pn la nlimea de cea 10,33 m.Presiunea atmosferic se msoar cu barometre, acestea fiind de fapt manometre de presiune absolut cu un domeniu

foarte restrns, de regul ntre 950 i 1050 mbar. Barometrul msoar presiunea atmosferic, fa de vidul absolut.Exemplu: Pentru a pune n eviden existena i efectele presiunii atmosferice, relatm urmtorul caz:ntr-o staie CFR sosesc, de la o fabric din apropiere, dou vagoane cistern, dup descrcarea pcurii. La unul din ele

se constat c pereii cisternei erau puternic deformai spre interior, dei de la fabric ambele plecaser n stare normal.La anchet s-a stabilit c fochistul, pentru a descrca mai repede pcura, a introdus n cisterne abur de la centrala

termic.La sosirea locomotivei de manevr, i dup terminarea descrcrii ultimei cisterne, fochistul a nchis capacele gurilor

de vizitare de la ambele cisterne.Pe parcursul dintre fabric i staie, aburul din ultima cistern s-a rcit i s-a condensat, n cistern crendu-se

depresiune (vid). La prima cistern nu a fost aceeai situaie, ntruct aceasta, stnd cu capacul deschis cea. 4 ore, ct a duratdescrcarea celei de-a doua cisterne, aerul a intrat n ea pe msura condensrii aburului, meninndu-se presiunea atmosfericn interiorul cisternei.

Presiunea atmosferic, care apas cu cca.1 kgf pe fiecare cm 2, la ultima cistern - n interior fiind depresiune (vid) - s-a

exercitat numai asupra pereilor exteriori, care nefiind calculai pentru aceast situaie, s-au deformat spre interior (burduire).Un calcul simplu ne arat c, la cisterna avariat, avnd un diametrul D=1,8 m=180 cm i o lungime de L=10 m=1000

cm i vidul interior de cea. 0,5 kgf/cm2, pe suprafaa cisternei s-a produs o apsare din exterior cu o for de: x D x L x (Pa - 0,5) = 3,14 x 180 x 1000 x (1 - 0,5) = 282.600 kgf - care explic deformarea pereilor cisternei spre

interior.1.1.17. Presiunea hidrostatic (simbol ph) - este presiunea exercitat de greutatea coloanei de lichid aflat deasupra

punctului de referin.Presiunea hidrostatic nu depinde de forma vasului, ci numai de nlimea coloanei de lichid i de densitatea lichidului.Notnd cu h nlimea coloanei n m, i cu greutatea specific n kgf/dm3, presiunea hidrostatic este:ph=( x h)/10

Pentru ap, avnd greutatea specific y (h kgf/dm3)=1, presiunea hidrostatic va fi:

ph= h/10Aplicaie - La proba de presiune hidraulic, la un cazan de nlime mare, indicaia manometrului de la baz este egal

cu indicaia manometrului de la partea superioar, la care se adaug distana pe vertical dintre ele (nlimea coloanei de apn m), mprit la 10.

1.2. Cldura1.2.1. Definiie, uniti de msurPrin nsi natura meseriei sale, fochistul este direct legat de producerea i distribuirea cldurii, aceasta putnd fi

utilizat la nclzire, prepararea hranei i apei calde menajere, n industrie, la producerea energiei electrice etc.Ce este cldura? O definiie general ar fi: cldura este o form a energiei, mai sugestiv, cldura este cea care face s

varieze temperatura atmosferei i a corpurilor ce ne nconjoar i ne d senzaia de cald i frig.Energia termic, alturi de energia electric (ce se obine n cea mai mare parte din energia termic), este cea mai

rspndit form de energie.Cum percepem cldura? nc de la nceput, omul a "simit" c un corp este mai rece sau mai cald, fa de alt corp, sau

fa de acelai corp, n alt moment.Mai trziu omul a inventat termometrul, un instrument cu care a putut aprecia obiectiv gradul de "nclzire" sau "rcire"al unui corp.

De asemenea, a conceput i realizat metode i aparate cu care s-a putut msura cantitatea" de cldur pe care o primete4


5/68

sau o cedeaz un corp altui corp.Cum seproduce cldura? Cldura se poate obine pe mai multe ci. De exemplu:- prin arderea combustibililor(naturali sau artificiali solizi, lichizi sau gazoi) n foc deschis, n sobe sau n focarul

cazanelor;- prin transformarea energiei electrice n nclzitoare, folosind de regul rezistene electrice;- prin transformarea energiei solare. Soarele - steaua sistemului nostru planetar - produce continuu cantiti uriae de

cldur - prin fuziune termonuclear - n urma creia atomii de hidrogen se unesc i se transform n atomi de heliu eliberndcldura. Temperatura la suprafaa Soarelui atinge cea. 6.000C, iar n interiorul lui cea. 15.000.000C.

Din cldura produs de soare, numai a doua miliarda parte ajunge pe Pmnt prin radiaie, aceast energie fiindsuficient pentru a nate i ntreine viaa pe planeta noastr. O parte dinaceast energie poate fi utilizat pentru nclzire;

- prin transformarea energiei nucleare obinute din fisiunea uraniului, n centrale nucleare. Dintr-un kg de uraniu sepoate produce cldur ct se obine din 2500 tone de crbune.

n laboratoare este n curs de experimentare obinerea energiei prin fisiune nuclear, prin procese similare cu cele cese produc n soare;

- prin transformarea energiei geotermice (energia existent n scoara terestr). n unele regiuni din pmnt ies cupresiune ape termale cu temperatur de 40-80C (i chiar mai mult), care pot fi, i sunt folosite la nclzire;

- prin transformarea energiei mecanice captate din mediul nconjurtor - a vntului (eolian), a apelor curgtoare(hidro), a mareelor etc. Uzual, aceast transformare se face n energia electric.

Toat cldura produs de cazanele este folosit pentru nclzirea agentului termic - apa i implicit aburul - care senclzete, nmagazineaz, transport i cedeaz cldura primit acolo unde este necesar, instalaii de nclzire central,industriale sau pentru producerea energiei electrice.

Excepie fac cazanele cu fluide diatermice care folosesc ca agent termic n scopuri industriale alte lichide n afar de

ap. Ce este totui cldura?S-a artat la nceput c, toate corpurile, indiferent de starea lor de agregare, sunt formate din molecule, iar acestea din

atomi. Atomii sunt formai dintr-un nucleu central i unul sau mai muli electroni, ce se nvrtesc n jurul nucleului.Aceste particule foarte mici, care alctuiesc orice corp nu sunt fixe, ci sunt ntr-o continu agitaie.La corpurile solide particulele sunt legate ntre ele prin puternice fore de coeziune, vibrnd n jurul unei poziii de

echilibru.La corpurile lichide, particulele au o micare de translaie, de alunecare, a unora n raport cu altele. De aceea nu au

form proprie, ci numai volum propriu.La gaze, micarea acestor particule este haotic, dezordonat, n toate direciile, de aceea gazele ocup tot spaiul pe

care l au la dispoziie.S-a observat c la toate corpurile - solide, lichide, gazoase - amplitudinea micrii acestor particule, agitaia lor, este cu

att mai mare cu ct corpul este mai cald i invers. Aceast micare continu a particulelor corpurilor datorit cldurii poart

numele de agitaie termic.La temperaturi sczute aceste micri ale particulelor scad n intensitate, devin mai lente, cu att mai mult cu ct

temperatura este mai sczut.La temperatura de -273,15C (zero absolut), micarea, agitaia particulelor, nceteaz complet.Dac la nivelul acestui curs nu putem explica mai complet ce este "n sine" cldura, cunoatem i folosim efectele ei,

ntre care:- creterea i scderea temperaturii corpurilor;- dilatarea i contractarea corpurilor;- schimbarea strii de agregare a corpurilor.1.2.2. Caloria. Cldura, fiind o form de energie, se msoar cantitativ n uniti de energie cu aparate numite

calorimetre.Cantitatea de cldur (simbol q), se msoar n calorii (cal).O calorie este cantitatea de cldur necesar unui gram (g) de ap pentru a-i ridica temperatura cu 1C, la presiunea

atmosferic.n practic se folosesc multipli ai caloriei: kilocaloria (kcal) i gigacaloria (Gcal),1 kcal = 1.000 cal; 1 Gcal = 1.000.000.000 cal = 1.000.000 kcal.n sistemul de msur internaional (SI), unitatea de msur pentru cantitatea de cldur este joule (simbol J) i

multiplul su kJ (1 kJ = 1.000 J).1.2.3. Temperatura - simbol t - este o mrime care indic gradul de nclzire al unui corp. Se msoar n grade Celsius

(:C), grade Kelvin (:K) sau grade Farenheit (F).Scara Celsius are ca 0C temperatura la care nghea apa i 100C temperatura la care aceasta fierbe, la presiunea

atmosferic. Distana dintre 0 i 100 s-a mprit n 100 pri egale, fiecare diviziune fiind 1C. Se noteaz cu t C.Temperaturile de la 0 n sus sunt temperaturi pozitive, iar cele de la 0 n jos, negative.

grade Celsius C grade Kelvin K grade Farenheit F

grade Celsius C tC tC = TK-273.15 t C = 5/9 (t F-32)

5


6/68

grade Kelvin K TK = tC+273.15 TK T K = 5/9 t F+255.4

grade FarenheitF

tF = 1.8tC+32 tF = 1.8TK459 tF

Tab.1.2. Relaiile de transformare intre diverse scri de temperatur

Scara Kelvin are ca 0K temperatura de -273,15C (temperatura cea mai sczut posibil - 0 absolut). Se mai numete i scarabsolut. Se noteaz cu TK.Scara Farenheit F are ca puncte fixe 32 i 212 corespunztoare temperaturii de solidificare i fierbere a apei, distana

dintre ele mprindu-se n 180 pri egale, reprezentnd 1F. Se noteaz cu tF.Relaiile de transformare ntre diverse scri de temperatur sunt indicate n Tab.1.2.Exemplu Apa cald cu temperatura t = 90C (grade Celsius), va avea n grade absolute Kelvin:T = 90 + 273,15 = 363,15K.Invers, apa cald care are temperatura absolut de 363,15K va avea t = 363,15 - 273,15 = 903C.1.2.4. Cldura specificCldura specific este cantitatea de cldur necesar unui kg dintr-un corp pentru a-i ridica temperatura cu 1C. Se

noteaz cu "c" i se msoar n kcal/ kg grad (pentru ap c = 1 kcal/kg grad, pentru oel c = 0,115 kcal/kg grad, pentru cupru c= 0,094 kcal/kg grad).

Cldura specific a corpurilor depinde de natura lor i de temperatura la care se msoar.Dintre corpurile uzuale, apa are cldura specific cea mai mare. Rezult c, la acelai volum sau la aceeai greutate,

apa poate nmagazina sau ceda cea mai mare cantitate de cldur, ceea ce o impune ca fluid de lucru pentru cazane.Apa se nclzete i se rcete de 5 ori mai ncet dect nisipul.Pentru a calcula cantitatea de cldur (q) necesar nclzirii unui corp, se nmulete masa acelui corp m (n kg) cu

cldura specific c (n kcal/kg grad) i cu diferena dintre temperatura final (t 2C) i temperatura iniial (t1 C):q = m x c x (t2-t1)

Exemplu: Pentru a nclzi 10 kg de ap, de la temperatura ambiant de t, = 20C la temperatura final, t, = 90C,ntruct apa are c = 1 kcal/kg grad, este necesar s-i cedm o cantitate de cldur:

q = 10 x 1 x (90 -20) = 700 kcal.1.2.5. Transmiterea clduriiCldura se transmite, de la sine, de la corpul mai cald (sau pri ale acestuia) la corpul mai rece (sau pri ale acestuia),

pn cnd temperaturile celor dou corpuri (sau pri de corp) devin egale.

Cantitatea de cldur (energia termic) transmis (transferat) de la corpul 1 (mai cald) la corpul 2 (mai rece) cu T 2


7/68

Exemplu: Cnd inem o tij metalic cu un capt n foc, simim dup un timp c ne arde la mn. Cldura s-a transmisde la un capt la cellalt, din molecul n molecul.

Material Material

Oel 47.6 Crmid roie 1.16

Font 25Crmid

refractar0.67

Cupru 384 Vat de zgur 0.04

Aluminiu 204 Vat mineral 0.035Aer 0.02 Piatr de cazan 0.17

Ap 0.5 Funingine 0.035

Tab.1.3. Valoarea coeficientului n kcal/m x h x grad pentru diverse materiale

S-a constatat c nu toate corpurile transmit la fel cldura: unele o transmit mai uor, altele mai greu. Deci unelecorpuri sunt bune conductoare de cldur (n special metalele), iar altele sunt ru conductoare de cldur (suntizolante).

Conductivitatea termic (lambda) reprezint cantitatea de cldur care se transmite n unitatea de timp, printr-osuprafa de 1 m2 de perete, cu grosimea de 1 m, cnd diferena dintre temperaturile suprafeelor opuse (deci cderea detemperatur) este de 1 grad i se msoar n kcal/m h grad.

n tabelul 1.3 este dat valoarea coeficientului n kcal/m h grad pentru diverse materiale.Se observ c funinginea este mult mai izolant dect aceeai grosime de piatr depus pe suprafaa de nclzire a

cazanului.Deci fochitii trebuie s aib grij ca arderea s fie bun (fr depuneri de funingine) i ca apa de alimentare s nu

depun piatra. Acestea sunt condiii de baz pentru a exploata economic i n siguran cazanul.Se mai observ c, n afar de metale (primele 4 poziii) care sunt bune conductoare de cldur, restul corpurilor sunt

rele conductoare de cldur (izolante, unele mai mult, altele mai puin).Suprafeele de nclzire ale cazanelor, adic acele suprafee prin care se transmite cldura de la foc i gazele arse la ap

(tambur, tub focar, evi, plci tubulare etc.) se fac din oel (n trecut, cutiile de foc ale locomotivelor se fceau din cupru, caretransmite cel mai bine cldura).

Prile exterioare ale cazanelor i conductelor termice se izoleaz cu materiale izolante (crmizi, vat mineral etc) cas mpiedice transmiterea de cldur n exterior (pierderile de cldur).

c) prin convecie cldura se transmite de la un fluid (lichid sau gaz) cald, n micare, la suprafaa unui corp solid sau nmasa unui fluid (acelai sau altul) cu care vine n contact, prin intermediul particulelor de fluid. Transportul de cldur se faceprin cureni de materie i este specific fluidelor.

Micarea, circulaia fluidelor se poate face fie pe cale natural (prin gravitaie sau termosifon), fie pe cale artificial (cupompe, ventilatoare etc).

Fora care determin circulaia natural (prin gravitaie sau termosifon) se datoreaz diferenei dintre greutatea specifica fluidului cald (mai mic) i cea a fluidului rece (mai mare).

Prin nclzire se mrete energia intern a corpurilor, moleculele se ndeprteaz mai mult unele de altele (corpul sedilat), deci. n acelai volum fiind mai puine molecule, volumul respectiv va cntri mai puin, va fi mai uor.

Exemplu: Dac ntr-un vas cu ap la 20 :C se toarn ap cald la 95 :C, imediat apa cald, fiind mai uoar, se va ridican partea de sus.

La fel aerul i orice fluid cald mai uor se ridic, iar cel rece mai greu coboar i-i ia locul.Aceast circulaie, aceast micare a apei calde n sus i a apei reci n jos - i a oricrui alt fluid -, se numete circulaie

natural, prin gravitaie sau termosifon. Pentru ap:- 1 dm3 la 4C cntrete 1 kgf;- 1 dm3 la 20C cntrete 0,9982 kgf;- 1 dm3 la 95C cntrete 0.9619 kgf:

Aceast for este dat de relaia:p = ( r - c) x h/10 unde:p = presiunea eficace n kgf/cm2

r si c greutatea specific a apei reci (de la alimentare sau din retur) i a celei calde (din cazan sau din tur) n kgf/dm 3

h = diferena de nivel ntre axa cazanului (sau schimbtorului de cldur) i axa corpului de nclzire, n metri.Din formul rezult marea influen pe care o are nlimea h n crearea forei ascensionale ce determin circulaia apei

n sistem.Rezult c, la cazanele de nclzire central, radiatoarele situate la mic nlime fa de cazan se vor nclzi mai greu.

La fel apa din boiler se va nclzi cu att mai repede, cu ct acesta este montat la o nlime mai mare fa de cazan.Spre exemplu, aplicnd formula de mai sus pentru h = 2 m, temperatura pe tur de 95C i pe retur de 20C, rezult:p = (0,9982 - 0,9619) x 2/10 = 0,00726 kgf/cm 2.

7


8/68

n acelai mod se explic circulaia i nclzirea continu a apei n cazanele de abur i de ap cald: apa de lng pereiicazanului, care sunt n contact direct cu flacra sau gazele arse, se nclzete mai repede i mai puternic, devine mai uoar ise ridic, iar alt ap mai rece, deci mai grea vine i i ia locul, ridicndu-i apoi temperatura.

Astfel, n timpul funcionrii cazanelor de orice fel (cu excepia cazanelor cu circulaie forat) avem o circulaiecontinu a apei n cazan, circulaie care asigur nclzirea ntregii mase de ap.

La fel se explic i circulaia gazelor arse n focar, n canale de fum i n co, precum i nclzirea ncperilor (aerulcald de lng sob sau calorifer, nclzindu-se mai mult, devine mai uor, se ridic i alt aer rece vine s-i ia locul, astfelnclzindu-se prin convecie toat ncperea).

Din focarul unui cazan, cldura dezvoltat prin arderea combustibilului, se transmite apei din cazan prin toate cele 3moduri de transmitere menionate mai sus:

- prin radiaie: radiaiile calorice (infraroii) emise la arderea combustibilului n focar ajung pe suprafeele metalice denclzire care formeaz pereii focarului i care se numescsuprafee de radiaie;

- prin convecie: gazele arse. dup ieirea din focar, n drum spre co, ntlnescsuprafeele de convecie (evi de fum lacazanele ignitubulare, sau evi de ap la cazanele acvatubulare) i, fiind calde, cedeaz cldura pe care o conin acestorsuprafee de convecie;

- prin conducie: cldura ajuns n modul de mai sus pe suprafeele de radiaie i de convecie se transmite dinmolecul n molecul de la partea dinspre foc i gaze arse,la partea dinspre apprin conducie, nclzind apa din cazan;

- prin convecie. apa de lng suprafeele de radiaie, nclzindu-se mai repede i mai mult devine mai uoar, se ridic,i alt ap mai rece i mai grea i ia locul, astfel nclzindu-se prin convecie, toat apa din cazan.

Cantitatea de cldur pe care apa din cazan o primete de la focul ce arde n focar, depinde de:- cantitatea i calitatea combustibilului consumat;- mrimea suprafeei de nclzire;

- metalul din care este construit aceasta;-natura i grosimea depunerilor pe suprafaa de nclzire.1.2.6. Modificri ale corpurilor sub aciunea clduriiPrin nclzire i rcire, deci sub influena cldurii, corpurile i schimb dimensiunea i starea.1.2.6.1. Dilatarea i contractarea corpurilor. Prin nclzire, corpurile se dilat, adic i mresc dimensiunile, iar prin

rcire se contract, adic i micoreaz dimensiunile, ns nu toate la fel.Dintre corpurile solide, metalele se dilat cel mai mult.nclzit de la 0 la 100C 1 metru liniar de oel se dilat cu 1,2 mm, 1 m de cupru cu 1,7 mm i 1 m de aluminiu cu 2,4

mm.Coeficientul de dilatare al oelului este de 0,012 mm pe metru i fiecare grad de temperatur.Exemplu: O eava de oel de 50 m lungime, nclzit de la 20C la 150C, deci cu 150 - 20 = 130C, se lungete cu:

0,012 x 130 x 50 = 78 mm.Lichidele se dilat n medie de 100 de ori mai mult dect corpurile metalice. Apa are o comportare diferit: la

temperatura de +4C are volumul cel mai mic, acesta crescnd sub i peste aceast temperatur. Apa nclzit de la +4C la100C i mrete volumul cu 4,35%, nclzit la 200C i mrete volumul cu 15,6% i nclzit la 300C i mretevolumul cu 40,3%. Prin ngheare, apa i mrete volumul cu 9% (aa se explic spargerea evilor cnd apa din ele ngheat).

Coeficientul de dilatare volumic a apei este de 0,18 mm3/ m3 grad.Gazele, la presiune constant - indiferent de natura lor - se dilat cu a 273 parte din volumul pe care 11 aula t = 0C

cnd sunt nclzite cu 1C i invers (de aici rezult, teoretic, c volumul gazelor la temperatura absolut de -273,15K estezero).

Coeficientul de dilatare volumic a gazelor este de cea. 20 de ori mai mare dect al apei, fiind la toate gazele de 3,17mm3/ m3 grad.

Aplicaii: Cazanele bloc abur i similare se sprijin pe fundaii n cte 2 puncte, dintre care unul este mobil, pentru apermite dilatarea i contractarea cazanelor (fig.5.7.).

- La pornire, cazanele sunt umplute cu ap numai pn la nivelul minim deoarece, prin nclzire, volumul apei (deci i

nivelul ei) crete, iar la oprire sunt umplute cu ap pn la nivelul maxim, deoarece prin rcire, nivelul scade.- Tot pentru preluarea dilatrii, conductele termice lungi au compensatoare de dilataie.- Buteliile de aragaz, buteliile de CO2 etc, trebuie ferite de nclzire, pentru c, prin dilatarea gazelor, presiunea din

interior poate s produc explozia buteliilor (cazuri ntmplate).Exemplu: La o fabric de zahr, n luna ianuarie, dup terminarea perioadei de prelucrare a sfeclei de zahr, cazanele de

abur s-au oprit i golit de ap. Primvara, la controlul oficial, organul ISCIR constat c tamburul inferior, la un cazan de 30t/h i 15 bar, este crpat pe o lungime i deschidere mare (grosimea virolei era de 20 mm). Cauza: nu s-a urmrit golireacomplet de ap a cazanului care, nghend, a provocat grava avarie.

n fiecare iarn, n special n timpul srbtorilor, n multe centrale termice se produc avarii i pagube nsemnatedeoarece, la oprirea lor, fochitii nu au golit complet instalaiile de ap, iar efii lor, nu au dispus i nu au controlat dac s-aefectuat aceast operaie absolut indispensabil.

1.2.6.2. Modificri de stare. Sub influena cldurii, prin nclzire i rcire, corpurile i schimb starea de agregare,

astfel: Topirea - este transformarea unui corp solid n corp lichid, prin nclzire (absoarbe cldur).Exemplu: gheaa prin nclzire se transform n ap; aliajul din dopurile fuzibile se topete cnd cazanul rmne fr

ap (se supranclzete).

8


9/68

Solidificarea- este transformarea unui corp lichid n corp solid prin rcire (cedeaz cldur).Exemplu: apa, prin rcire la 0C se transform n ghea, iar plumbul topit, prin rcire la 327C se solidific.Vaporizarea - este transformarea unui corp lichid n corp gazos, prin nclzire (absoarbe cldura).Exemplu: apa nclzit la 100:C la presiunea atmosferic se transform n vapori (gaz). Vaporizarea are loc n toat

masa lichidului n timpul fierberii.Evaporarea - este transformarea unui lichid n vapori, numai la suprafaa lui, la orice temperatur sub temperatura de

fierbere (absoarbe cldur din mediul nconjurtor).Exemplu: Aa se explic uscarea strzilor dup ploaie, uscarea rufelor splate etc. Cldura necesar evaporrii apei

(lichidului) - aceeai ca i n cazul fierberii - se ia din mediul nconjurtor sau din cldura lichidului (apei) respectiv, a cruitemperatur scade. De aceea, dup baie,simim rcoare din cauza apei rmase pe corp, care se evapor, absorbind cldura

corpului.Condensarea - este transformarea unui corp gazos n corp lichid, prin rcire (cedeaz cldura).rcire sub temperatura de saturaieExemplu: vaporii de ap, prin condenseaz, transformndu-se n ap (condensat).Sublimarea - este transformarea unui corp solid n corp gazos direct, fr a mai trece prin faza lichid, absorbind

cldura din jur.Exemplu: Gheaa i reduce n timp dimensiunea pn dispare complet; s-a transformat n vapori de ap.

Desublimarea - este transformarea unui corp gazos n corp solid,direct, fr a mai trece prin faza lichid, cednd cldura.

Exemplu: n dimineile de iarn, dup nopi friguroase, gsim geamurile de la case, maini etc. acoperite de gheaprovenit din vaporii de ap din atmosfer.

Calefacia - este vaporizarea intens, la suprafa, a apei, cnd aceasta se afl n vecintatea unui corp ncins. Datoritvaporizrii, apa nu poate lua contact direct cu corpul din cauza stratului de abur ce se interpune ntre corp i lichid. Spreexemplu, apare cnd cazanul a rmas fr ap i fochistul alimenteaz cazanul cu ap, care ajunge la tubul focar, sau n evilesupranclzite.

1.2.7. Legile fierberii

Prin fierbere, se nelege transformarea unui lichid n vapori (gaze) n toat masa sa. Lichidele se transform n gazedup urmtoarele trei legi:

1.2.7.1. La aceeai presiune, fiecare lichid fierbe la aceeai temperatur. Temperatura la care fierbe lichidul lapresiunea respectiv se numete temperatura de fierbere sau de saturaie.

Exemplu: la presiunea atmosferic apa fierbe la 100C, mercurul la 357C, alcoolul la 78C. La nlimea de 3000 m ip = 425 mm Hg apa fierbe la 90C, iar la p = 2 bar apa fierbe la 133C etc.

n literatura de specialitate se semnaleaz c apa, care nu conine aer, fierbe la temperaturi superioare (pn la 140C,la presiunea normal), iar vaporii se formeaz brusc, genernd explozii periculoase. Pentru a nltura aceast eventualitate seintroduc n ap bule de aer sau "pietricele de fiert" cu muchii ascuite.

1.2.7.2. Dac presiunea rmne constant, atunci i temperatura rmne constant n tot timpul fierberii, indiferentde intensitatea focului. Cldura cedat n timpul fierberii transform apa n abur. Cldura necesar unui kg de lichid nclzitla temperatura de vaporizare (fierbere) pentru a se transforma integral n vapori, la aceeai presiune, se numete cldura

latent de vaporizare. Se simbolizeaz cu litera r i se msoar n kcal/kg.Cldura latent de vaporizare a apei la presiunea atmosferic este r = 539 kcal/kg, fiind foarte mare comparativ cu a

altor lichide.Aa cum rezult din tab.1.4., cldura latent de vaporizare r scade cu creterea presiunii, de la 539 kgf/kg la presiunea

atmosferic, la 0 la p = 225 bar.1.2.7.3. Cu ct crete presiuneacu att crete temperatura de saturaie (de fierbere), aa cum se arat n tabelul 1.4.

i diagrama 1.1.1.2.7.4. Entalpia - Cantitatea de cldur coninut ntr-un kg de ap sau abur se numete entalpie i se msoar n

kcal/kg. Se simbolizeaz cu litera i, respectiv cu i' pentru ap i i" pentru abur.Exemplu: Pentru a nclzi un kg de ap (m = 1 kg, c = 1 kcal/kg grad) de la o temperatura t 1(n C) la o temperatur t2

(n C), este necesar o cantitate de cldur (n kcal): q = m x c (t 2 - t1) = t2 - t1Deci, pentru a nclzi un kg de ap la presiunea atmosferic de la 20C (temperatura ambiant) la 100C (temperatura

de fierbere sau de saturaie) este necesar o cantitate de cldur q = 100 - 20 = 80 kcal, iar dac o nclzim de la 0C la 100Ceste necesar o cantitate de cldur q = 100 kcal, care este de fapt entalpia apei la 100C (i1 = 100 kcal/kg).ntre 0 - 100C, cantitatea de cldur coninut de ap este egal, numeric, cu temperatura apei.n continuare, ca s transformm un kg de ap, la presiunea atmosferic i temperatura de 100C, n abur, la aceeai

9

Fig.1.4. Transformrile destare ale corpurilor


10/68

presiune i temperatur este necesar o cantitate de cldur egal cu cldura latent de vaporizare (r = 539 kcal/kg), decientalpia aburului la 100C i presiunea atmosferic este i" = 100+539 = 639 kcal/kg

Menionm c, prin transformarea apei n abur, acesta i mrete volumul de circa 1700 ori fa de volumulapei din care a provenit. Un kg de ap ocup un volum de 1 dm3. Acelai kg de ap, transformat n abur la presiuneaatmosferic, ocup un volum de 1673 dm3

Diagrama 1.1. Variaia n funcie de presiune a:temperaturii de saturaie (de fierbere) a apei (curba de echilibru a apei cu vaporii si) - curba 1entalpiei (coninutului de cldur) a aburului i" - curba 2

Avnd n vedere pierderile, 1 kg abur este produs de 1,1 - 1,2 kg ap. n tabelul 1.4. sunt trecute, dup msurtori icalcule specifice: temperatura de fierbere ts, cldura de vaporizare r, entalpia apei i', entalpia aburului saturat i", entalpiaaburului supranclzit (acesta la diverse temperaturi) i", toate funcie de presiunea p. n diagrama 1.1. este trecut variaiatemperaturii de saturaie ts i a entalpiei, funcie de presiune p.

n tab.1.4. se observ c entalpia aburului saturat i", la orice presiune, este egal cu entalpia apei i' + cldura latent devaporizare r la presiunea respectiv: i" = i1 + r1.

Presiune (P)

Temp.defierbere

Cldurlatent devaporizare (i)

Entalpieap (i')

Entalpie abursaturat(i")

Entalpia aburul(i") a

aburuluisupranclzit la

250 C 300 C 400 C 500 C

bar C kcal/kg kcal /kg kcal/kg kcal/kg kcal/kg kcal/kg kcal/kg

0 100 539 100 639 710 758 762 8330,7 115 529 115 644 - - - -1 120 526 120 646 709.9 757.5 782.2 832.4

2 133 517 133 651 708.8 757.2 781.8 832.13 143 510 143 653 707.4 756.4 781.4 831.9

4 151 503 152 656 706.1 750.2 781.1 831.6

5 158 498 159 658 705.8 755.7 780.7 831.46 164 494 166 659 705 755.1 780.3 831.1

8 174 485 176 662 703.5 754.1 779.5 830.5

10 183 478 185 664 702 753 778 830

13 194 469 -37 666 699 751.5 777.5 829.315 200 463 204 667 697 750.5 776.7 828.8

20 214 449 218 668 693.2 748 774.7 827.4

10


11/68

40 250 409 260 669 670 737.1 766.5 822.1

50 263 394 275 667 667 732 762 819

100 311 315 335 650 651 697 737 805

150 341 240 384 623 622 647 710 790

200 365 150 431 582 583 612 676 776

Tab.1.4. Caracteristicile apei, aburului saturat i supranclzit1.2.8. Caracteristicile principale ale apei i aburuluiAnaliznd tabelul 1.4. i diagrama 1.1. se observ c:

1.2.8.1. Temperatura apei i aburului din cazan la nivelul apei sunt egale i cresc odat cu creterea presiunii (curba1).

Aceast cretere se oprete la presiunea de 225 kgf/cm2 = 221,36 bar, la care corespunde temperatura t = 374,15C =647,3K.

Acest punct k se numete punctul critic al apei, iar temperatura i presiunea acestui punct se numesc, temperaturarespectiv presiunea critic a apei.

Pe msur ce crete temperatura apei, se mrete volumul ei, i densitatea apei scade. Dar pe msur ce crete volumulapei, scade volumul aburului, pe care apa l comprim, determinnd creterea densitii lui.

Densitatea apei scznd iar a aburului crescnd, pe msur ce crete temperatura se ajunge la situaia c, n punctulcritic, densitatea apei i aburului devin egale, apa putnd fi considerat ca un abur foarte dens.

La presiunea critic, apa se transform brusc n abur fr a-i mri volumul i fr a cere un plus de cldur din exterior(n acest punct cldura latent de vaporizare r = 0).

Din aceast cauz, circulaia natural a apei este practic imposibil. De altfel, cazanele de abur cu circulaie natural seconstruiesc pn la presiunea de 180 bar.

La presiuni mai mari de 230 bar, deci peste punctul critic, apa se transform direct n abur supranclzit, fr a mai treceprin faza de abur saturat (aceste cazane se numesc cazane cu evitarea domeniului vaporilor umezi).

1.2.8.2. Entalpia (coninutul de cldur) aburului - i" - crete de la 639 kcal/kg la presiunea atmosferic, atingndmaximul la presiunea de 32 bar, cnd i" = 669,7 kcal/kg, dup care scade continuu ajungnd ca la punctul critic (p = 225kgf/cm2) s fie i"= 505 kcal/kg (curba 2 din diagram i col. 6 din tabel).

1.2.8.3. Laminarea aburului - La circulaia aburului prin conducte i armturi, datorit frecrilor cu pereiiacestora, a schimbrilor de seciune i de direcie, se produce o cdere a presiunii aburului.

Prin laminare aburul saturat uscat cu p < 32 bar se supranclzete, iar cel cu p > 32 bar devine mai nti umed i sesupranclzete numai la cderi mari de presiune. Prin laminare aburul umed se usuc i pe urm se supranclzete, n timpullaminrii, entalpia vaporilor se menine constant, iar presiunea se reduce.

1.2.8.4. Temperatura apei i aburului din cazan - fiind practic egale i dependente numai de presiune, cazanele de

abur saturat se echipeaz numai cu manometre, nu i cu termometre.La cazanele de abur supranclzit i la cazanele de ap cald i fierbinte, este necesar montarea de termometre pe

circuitul de abur supranclzit, respectiv pe circuitele de ap cald sau fierbinte.1.2.9. Fluide nclzitoare- DefiniiiApa, prin nclzire, dup cantitatea de cldur pe care o primete, se transform n unul din urmtoarele fluide

nclzitoare:1.2.9.1. Apa cald - este apa care are temperatura maxim de 110C (practic maximum este 95 :) i este produs de

cazanele de ap cald sau n schimbtoarele de cldur (boilere sau aparate contracurent) ca agent secundar, agentul primarfiind apa cald, apa fierbinte sau aburul. Servete la nclzirea cldirilor, a apei calde menajere, n scopuri tehnologice etc.

1.2.9.2. Apa fierbinte este apa care are temperatura de 110-150C i chiar mai mult. Este produs de cazane de apfierbinte (C5D, CAF etc.) i se folosete la termoficare sau n scopuri tehnologice.

1.2.9.3. Aburul saturat umed - este aburul care mai este nc n contact cu apa din care a provenit (aburul din

cazan) i care mai conine picturi de ap.Titlul aburului este cantitatea de abur uscat n kg coninut ntr-un kg de abur umed i se noteaz cu x.Umiditatea aburului este cantitatea de ap n kg coninut ntr-un kg de abur umed i este egal cu 1 - x.Exemplu: Dac ntr-un kg de abur umed se afl 0,915 kg abur saturat uscat, titlul acestui abur este x = 0,915 sau n

procente x = 91,5%, iar umiditatea 1 -0,915 = 0,085, sau n procente 8,5%.Aburul saturat umed se produce n cazane de joas presiune sau medie presiune (cu presiune sub sau peste 0,5 bar) i se

folosete obinuit ca abur tehnologic sau pentru nclzire.El conine cu att mai mult umiditate (deci este de calitate inferioar) cu ct nivelul apei n cazan (la sticle de nivel)

este mai ridicat.1.2.9.4. Abur saturat uscat - este aburul care nu mai conine picturi de ap. Are titlul x = 1 i umiditate egal cu 0.1.2.9.5. Abur supranclzit - provine din aburul umed care este trecut prin supranclzitor (la cazanele care au

supranclzitor) unde i se ridic temperatura, de la temperatura pe care o are n cazan, la 250-600C, presiunea rmnndaceeai. Prezint urmtoarele avantaje:

- posed, la aceeai presiune, o temperatur mai mare;- un kg de abur supranclzit ocup un volum mai mare dect un kg de abur saturat la aceeai presiune;- un m3 de abur supranclzit cntrete mai puin dect un m3 de abur saturat la aceeai presiune;

11


12/68

- producerea de lucru mecanic n maini sau turbine cu abur este mai ieftin dect cu abur saturat;- conine mai mult cldur i se poate transporta la distane mai mari, fr riscul de a se condensa uor.Se folosete ca abur tehnologic, dar mai ales ca abur energetic, la turbinele ce produc curent electric.1.2.9.6. Condensat - este apa provenit prin rcirea aburului.Exemplu: S explicm cu ajutorul diagramei 1.1. i a tab. 1.4. cum se transform apa n abur i aburul n ap -

condensat - la un cazan cu presiunea p = 8 bar. Apa din cazan, la p = 8 bar i temperatura sub cea de fierbere, dac senclzete pn ajunge la t, = 174C corespunztoare presiunii de 8 bar, se transform n abur, absorbind cldura latent devaporizare r = 485 kcal/kg, corespunztoare presiunii de 8 bar.

Invers, aburul din cazan la p= 8 bar, i" = 662 kcal/kg i t = 174C dac se rcete puin sub t s= 174CC. se transform nap - condensat - elibernd cldura latent de vaporizare r = 485 kcal/kg, condensatul rmnnd cu 662 - 485 = 177 kcal/kg,

ct are apa din cazan la p = 8 bar.Scznd presiunea, scade i temperatura condensatului i cnd presiunea ajunge la presiunea atmosferic, temperatura

apei - condensatului - ajunge la 100C, cnd conine 100 kcal/kg.Aceast transformare se poate produce i cnd variem presiunea, temperatura rmnnd constant.Condensatul trebuie recuperat i folosit integral deoarece este cea mai bun ap pentru alimentarea cazanului ntruct:- are temperatur ridicat (90 - 95C) care ridic temperatura apei de adaos

i micoreaz consumul de combustibil (mrete randamentul);- micoreaz consumul de ap de adaos tratat;- nu conine sruri minerale, deci nu depune piatr.- 1.2.10. Circulaia fluidelor prin conducte - De regul, fluidele (apa, aburul, condensatul, combustibilul lichid sau

gazos etc) circul prin conducte sub aciunea presiunii.De-a lungul conductelor, din cauza frecrilor cu pereii cu asperiti ai conductelor, schimbrilor de direcie,

ramificaiilor, strangulrilor, trecerii prin robinete etc, se produc cderi de presiune prin rezistena pe care acestea o opuncurgerii.Cderea de presiune crete cu lungimea conductei i scade cu creterea diametrului ei.De aceea, circulaia fluidelor la distane mari, se poate face numai cu staii de pompare intermediare, care readuc

presiunea fluidelor respective la valoarea iniial.Robinetele cu cep i robinetele cu ventil opun o mai mare rezisten la curgerea fluidelor i deci o cdere de presiune

mai mare dect robinetele cu sertar (vane) sau cu sfer.Se recomand ca robinetele cu sertar (vane) sau sfer s fie folosite ca robinete principale de abur, pe conducta de

alimentare cu ap i oriunde este necesar, ca presiunea s scad mai puin.La variaia seciunii unei conducte apar variaii de vitez ale fluidului, care produc modificri locale ale presiunii.

Astfel, n ajutajele convergente ale conductei, presiunea fluidului scade, iar viteza crete, n timp ce n poriunile divergente,presiunea crete, iar viteza scade.

2. Scurt istoric al cazanelor. Legislaie ISCIR2.1. Scurt istoricPe la sfritul secolului al XVII-lea, un fizician francez, Denis Papin, a observat c, n timp ce o oal fierbe, capacul ei

se ridic i apoi cade la loc. Denis Papin i-a dat seama c, fora care ridic capacul este dezvoltat de abur, de vreme ce,capacul cade la loc dup ieirea aburului. A dedus c aburul produs prin fierberea apei dezvolt o for, de atunci ncepndpreocuprile pentru ca aceast for s fie captat i pus n slujba omului.

n 1680, Denis Papin realizeaz primul cazan cu abur, marmita lui Papin, prevzut cu supap de siguran. n 1698,Savery inventeaz pompa cu abur, n 1760 Watt inventeaz maina cu abur, n 1803 Fulton inventeaz vaporul cu abur, n1814 Stephenson inventeaz locomotiva cu abur, n 1825 Seguin inventeaz caloriferul etc.

nc de la nceputul secolului al XlX-lea, construcia i utilizarea cazanelor de abur se diversific i se extinde.Astfel, n 1854, un francez concepe i realizeaz cazanul acvatubular, care ulterior a cunoscut o puternic dezvoltare.n 1867 ia fiin n SUA firma Babcock-Wilcoox, cea mai mare firm constructoare de cazane pe plan mondial.n jurul anului 1900 apare supranclzitorul de abur, apoi economizorul i prenclzitorul de aer. n 1912, inginerul

romn Traian Vuia inventeaz cazanul cu circulaie forat. Pn n anii 1900-1910, la cazane s-a folosit numai combustibilsolid: lemne i crbuni. Dup aceea, a nceput s se foloseasc i pcura, iar mai trziu i gazele.Din cauza lipsei de experien n ceea ce privete proiectarea, construcia, repararea i exploatarea cazanelor de abur,

nc de la nceput, i mai ales la nceput, cazurile de explozii, avarii provocnd mori, rnii i mari pagube materiale, au puspe gnduri autoritile de stat, care s-au decis s ia unele msuri de prentmpinare.

n 12 aprilie 1828, n Prusia (Germania de azi), se voteaz o lege prin care Ministerul de Interne (nu exista nc unMinister al Industriilor) este autorizat s ia unele msuri de siguran i anume: obinerea de ctre utilizatori a unei autorizaiide instalare a cazanelor de abur i efectuarea de revizii externe n timpul funcionrii.

Pe lng aceast msur luat pe linie de stat, nii proprietarii de cazane au simit nevoia s fac o Asociaie aproprietarilor de cazane cu abur, n cadrul creia s funcioneze un serviciu tehnic care s studieze posibilitile dembuntire a proiectrii, construirii, montrii i exploatrii cazanelor de abur.

Astfel de legislaii precum i Asociaii ale proprietarilor de cazane cu abur au aprut i n alte ri, pe msura

industrializrii lor (Anglia, Frana, Belgia, Italia etc).2.2. Legislaie ISCIRLa noi n ar, din cauza condiiilor istorice vitrege cunoscute, industrializarea i deci necesitatea apariiei unor astfel de

legi a ntrziat mult.

12


13/68

Abia la 10.02.1910, n Parlament s-a votat "Legea asupra msurilor de siguran pentru cazane, maini, instalaiimecanice i electrice".

n cadrul expunerii de motive, prezentat n faa parlamentarilor, Ministrul Industriei i Comerului din acel timp, aspus: "Am aici un tablou al accidentelor adus la cunotin Ministerului i din care reiese c sunt localiti n care accidentelese cifreaz n fiecare an cu sutele: aa bunoar, ca exemplu, Butenari, unde, n anii 1908 i 1909 au fost 146 accidente.Accidentele mortale care s-au ntmplat n 1908 au fost 85, pe lng 116 grav rnii. Menionm c la acea dat se gseau nar (Muntenia i Moldova de atunci) 495 cazane de abur.

Conform Legii, Ministerul Industriei i Comerului, Direcia Energie - Serviciul Cazane, prin Inspectoratele Industrialedin fiecare capital de jude, exercitau controlul tehnic la instalarea i n timpul funcionrii, stabilind operaiile clasice decontrol: revizia interioar i ncercarea de presiune. Paralel cu aceast msur luat pe linie de stat i la noi s-a nfiinat n 1911

Asociaia proprietarilor de cazane cu abur, cu acelai scop ca i n Apus.n 1927, preedintele Asociaiei, ing. M. Bcan, apublicat cartea "Cldarea cu vapori", premiat de Academia Romn,

carte care se poate consulta cu folos i azi, coninnd material pentru proiectarea, construirea i exploatarea cazanelor.La 11 iunie 1948 are loc naionalizarea mijloacelor de producie. Asociaia proprietarilor de cazane cu abur s-a

autodesfiinat, iar Legea din 1910 a fost abrogat.Prin Decretul 56/1949, sarcinile - i personalul - revin Inspectoratelor Industriale de Stat din Ministerul Industriilor

(ulterior Ministerul Energiei Electrice).Se stabilete c ntreprinderile constructoare de cazane cu abur trebuie s fie autorizate, iar fochitii s fie calificai n

coli speciale.Prin HCM 482/1953 se nfiineaz Inspectoratul General de Control al Cazanelor - IGCC - pus n subordinea

Comitetului de Stat pentru Tehnic, iar apoi, n cadrul Direciei Generale de Metrologie. Cu aceast ocazie, ntre altele, sestabilete ca sudorii pentru cazane s fie autorizai.

Prin HCM 1325/1957 se nfiineaz Inspectoratul de Stat pentru Cazane i Instalaii de Ridicat, denumit pe scurt ISCIR.Prin Decretul 587/1973 au fost trecute sub controlul ISCIR i institutele de proiectare cazane, recipiente i instalaii deridicat, spre a fi obligate ca, la proiectarea acestor instalaii, s respecte prevederile prescripiilor tehnice ISCIR.

Prin Decretul 417/1985 au fost trecute sub control ISCIR i instalaiile cu specificul susmenionat din domeniul nucleari s-a prevzut totodat obligativitatea ca laboranii-operatori care urmresc regimul chimic al apei la cazane s fie calificai iautorizai, avnd acelai regim cu fochitii.

n prezent, obligaiile pe linie tehnic ale unitilor de proiectare, construcie, montare, exploatare, verificare i repararea instalaiilor mecanice sub presiune - IMSP - (cazane, recipiente, conducte etc.) i a instalaiilor de ridicat - IR -(ascensoare,macarale, poduri rulante etc), precum i atribuiile i sarcinile ISCIR sunt cele din Decretul 417/1985i din prescripiile ISCIRn vigoare.

Dup 1990, ISCIR a fost subordonat Ministerului Industriilor i Comerului, situaie statuat prin HG nr. 1340/2001unde sunt precizate competenele i atribuiileISCIR.

Organele ISCIR verific i avizeaz proiectele, construirea, instalarea, repararea i exploatarea instalaiilor sub presiune

i de ridicat, inclusiv n sectorul nuclear.Paralel cu aceast activitate, ISCIR a ntocmit peste 60 de prescripii tehnice n domeniile specifice.Dintre acestea, pentru cazane, amintim:- C1-2010: cuprinde prescripii tehnice pentru montarea, repararea, instalarea, exploatarea i verificarea cazanelor de

abur i a celor de ap fierbinte;- C2-2010: cuprinde prescripii tehnice privind regimul chimic al apei la cazane, inclusiv indicii de calitate pe care

trebuie s-i aib apa de alimentare, apa din cazan, aburul i condensatul;- C9-2010: cuprinde prescripii tehnice pentru proiectarea, executarea,montarea, instalarea, exploatarea, repararea i

verificarea cazanelorde abur de joas presiune i a cazanelor de ap cald;-C7-2010: cuprinde prescripii privind supapele de siguran;-C11-1003: cuprinde prescripii tehnice privind proiectarea i executarea instalaiilor de automatizare care echipeaz

cazanele de abur;

-CR9-2010: cuprinde prescripii privind autorizarea sudorilor;2.3. Calificarea i autorizarea fochitilor de medie presiuneConform Prescripiilor tehnice, colecia ISCIR, calificarea i autorizarea fochitilor (cunoscui sub numele de fochiti

de medie presiune - nu exist fochiti de nalt presiune) care deservesc cazane de abur cu p > 0,5 bar sau de ap fierbinte cu t> 110C, cazane care sunt sub control ISCIR, se face prin absolvirea unui curs special de calificare i autorizare, deschis de unformator profesional, dup ce a obinut avizul ISCIR de deschidere a cursului.

La acest curs se pot nscrie cei- au mplinit vrsta de 18 ani;- au absolvit nvmntul obligatoriu;- prezint un certificat medical cu meniunea "apt pentru funcia de fochist". Programa analitic a acestui curs este cea

din PT C1-2010 col. ISCIR i are minim 275 ore, din care 200 teorie i 75 practic.La sfritul acestui curs absolvenii vor da un examen de calificare, n faa unei comisii al crei preedinte este

directorul cursului.Cei care sunt admii la acest examen obin de la unitatea care a organizat cursul Certificat de calificare pentru meseriade "fochist cazane industriale".

Cei care au obinut acest certificat se pot prezenta la examenul de autorizare care se d n faa unei comisii al crei13


14/68

preedinte este un inspector ISCIR.La acest examen candidaii trebuie s prezinte n plus o adeverin tip de practic la cazane, de minim:- pentru grupa I de autorizare: 6 luni practic la cazane de grupa I;- pentru grupa II de autorizare: 6 luni practic la cazane de grupa II sau 1 an fochist autorizat la cazane grupa I;- pentru grupa III de autorizare: 1 an practic la cazane de grupa III de autorizare sau 1 an fochist autorizat la cazane de

grupa II sau 2 ani fochist autorizat la cazane grupa I;Conform prescripiei menionate anterior, cazanele se mpart n 3 grupe, n funcie de debitul (nu de presiunea)

cazanului:- Grupa I: toate cazanele ce nu se ncadreaz n grupa II sau III, orice debit;- Grupa II: cazane de abur cu debite de 10-100 t/h, inclusiv cazane de ap fierbinte, cu debite peste 5 Gcal/h;

- Grupa III: cazane de abur cu debite peste 100 t/h, cazane de tipuri speciale, cazanele cu circulaie forat (La Mont,Velox, Sulzer, Loffler, Benson, Vuia etc).

Examenul const ntr-o prob teoretic (scris i oral) i o prob practic, candidatul trebuind s obin calificativul"admis" la ambele probe. Dac la una sau ambele probe candidatul a fost respins, poate repeta examinarea dup cel puin olun, n care timp ndeplinete funcia de ajutor de fochist.

Examenul poate fi repetat n termen de cel mult 2 ani de la terminarea cursului. Pot fi examinai i autorizai de ISCIR,fr a fi urmat cursul de calificare, cei care fac dovada c au fost fochiti sau mecanici de locomotiv cu aburi, fochiti penave, sau au absolvit cursul de fochiti ca militari n cadrul MApN sau MI.

Autorizaia de fochist se elibereaz de ctre ISCIR pentru tipul i grupa de cazan pentru care se prezint adeverin tipde practic ca ajutor de fochist.

Dup obinerea "Autorizaiei ISCIR" fochitii nu pot fi pui imediat s deserveasc cazanele pe proprie rspundere,chiar dac Autorizaia este pentru tipul respectiv de cazan, ci vor trebui s fac o practic - timp de cteva zile - ca ajutor de

fochist pe lng un fochist cu experien ce deservete cazanul, pn cnd noul fochist declar c i-a nsuit deprinderea icunotinele necesare. Dup aceasta, fochistul va fi examinat de o comisie intern din care fac parte - obligatoriu -responsabilul ISCIR i eful slii de cazane.

Deservirea altui tip de cazan dect cel specificat n Autorizaie, dar din aceeai grup, se poate face dup o practic iexaminare, ca cele de mai sus, dup care responsabilul ISCIR extinde Autorizaia pe noul tip de cazan, nscriind in Autorizaietipul de cazan.

n cazul n care un fochist trebuie s deserveasc un tip de cazan care face parte dintr-o grup superioar celei dinAutorizaie, beneficiarul, dup ce fochistul face n unitate un instructaj teoretic de cel puin 50 de ore (dup o programanalitic ntocmit de unitate, fr a fi necesar ca aceasta s fie avizat de ISCIR) i o practic de minim 96 de ore pe noul tipde cazan, va cere n scris la ISCIR s fie examinat i autorizat pentru noul tip i grup de cazane, indicnd n adres practicaefectuat. Dup examinare, delegatul ISCIR va trece n Autorizaie extinderea pentru noul tip i grup de cazane.

Este categoric interzis deservirea cazanelor de medie presiune de ctre fochiti care nu au "Autorizaie ISCIR'' pentrutipul i grupa de cazane respective.

Dac un cazan este deservit de fochiti necalificai sau sunt autorizai de ISCIR, dar pentru alt tip i grup de cazane, ncaz de avarii (rmnere fr ap, explozii, incendii etc.) nu pot fi sancionai, rspunderea revenind celor ce au dispusdeservirea cazanului de fochiti ce nu au calificarea corespunztoare.

Exemplu: Un cazan CR9 de 10t/h a rmas fr ap i a trebuit s fie introdus n reparaie capital, care costa n anii 80peste 1.000.000 lei. Organul ISCIR care a anchetat cazul nu a putut sanciona i imputa paguba fochistului, acesta fiind fochistde joas presiune, deci neautorizat de ISCIR pentru acest tip de cazan. A fost sancionat conducerea unitii care a nclcatprevederile legale de utilizare a fochitilor.

Fochitii trebuie examinai profesional anual, de ctre o comisie intern din care fac parte, obligatoriu, responsabilulslii cazanelor i responsabilul ISCIR, i medical, la 2 ani. Rezultatele examinrilor se trec n Autorizaie de ctreresponsabilul ISCIR.

n timpul serviciului, fochistul trebuie s aib asupra lui "Autorizaia ISCIR".n caz de pierdere, fochistul poate obine un duplicat de la ISCIR teritorial, care i-a eliberat Autorizaia, pe baza unei

cereri vizate de unitatea n care lucreaz, la care va anexa dovada publicrii pierderii conform normelor legale.Pentru a uura eliberarea duplicatelor recomandm fochitilor i laboranilor s aib o copie xerox dup original.n caz de deteriorare, poate obine duplicat pe baza unei cereri i a predrii Autorizaiei vechi. Un fochist care n-a mai

practicat meseria respectiv mai mult de un an, va putea fi folosit ca fochist numai dup ce va susine un examen n faacomisiei interne, ca mai sus.

n caz de abateri de la sarcinile de serviciu, fochistul poate fi sancionat conform prevederilor din Regulamentul deordine interioar.

n cazul n care fochistul exploateaz cazanul n mod necorespunztor, astfel nct pericliteaz sigurana n funcionarea acestuia, sau este n stare de ebrietate n timpul serviciului, unitatea la care este angajat i poate retrage Autorizaia pentru operioad de timp limitat sau definitiv, cu acordul ISCIR.

Abaterile constatate de organele ISCIR se sancioneaz conform celor menionate pe prile interioare ale coperilorAutorizaiei.

2.4. Calificarea fochitilor pentru cazane de ap cald i abur de joas presiuneCazanele de ap cald cu puterea mai mare de 400 kW i cu t < 110C (practic < 95C) sau abur cu p < 0,5 bar, suntsub control ISCIR. Acestea pot fi deservite de fochiti care au urmat un curs de calificare inut de un formator profesional, n

14


15/68

urma cruia au obinut Certificatul de calificare pentru meseria de fochist. Acetia trebuie s fie autorizai de ISCIR, nconformitate cu prevederile Prescripiei tehnice PT C9-2010.

2.5. Instruciuni interne pentru exploatarea cazanelorConform prevederilor PT C1 i PT C9-2010, colecia ISCIR, eful slii de cazane (dup caz, mpreun cu responsabilul

ISCIR) vor ntocmi i afia n sala de cazane instruciuni interne, care vor cuprinde descrierea, funcionarea i exploatareacazanelor i instalaiilor pe care le deservesc fochitii. Acestea se vor ntocmi innd seama de prevederile proiectantului iconstructorului, coninute n Cartea cazanului - partea de exploatare, primit odat cu cazanul de la fabrica constructoare -precum i de PT - colecia ISCIR.

Se vor indica msurile ce trebuie luate n timpul pornirii i opririi cazanului, n timpul funcionrii (reglarea foculuietc), urmrirea regimului chimic al apei de alimentare, precum i conservarea cazanului n timpului opririlor. Se vor indica i

msurile ce trebuie luate n caz de avarii, cutremure etc. Separat se vor ntocmi i afia:- instruciuni cu msuri de protecia muncii i msuri n caz de accidente de persoane;- instruciuni de paz contra incendiilor i msuri n caz de incendiu. Toate instruciunile interne de mai sus vor fi astfel

ntocmite nct s in seama de condiiile concrete din central termic respectiv.Menionm c prevederile Prescripiilor tehnice ISCIR, sunt obligatorii tuturor unitilor de pe teritoriul Romniei care

posed astfel de instalaii, indiferent de forma de proprietate i dac sunt romne, strine sau mixte. Nu se aplic unitilorM.Ap.N. i M.l.

3.Cazane - generaliti3.1. DefiniiePrin cazan nelegem un vas metalic, ermetic nchis, de regul cilindric, n care are loc nclzirea apei de ctre cldura

dezvoltat n focar prin arderea combustibilului i transformarea apei n agent termic: ap cald (cu temperatura de maximum110C), ap fierbinte (cu temperatura de peste 110C), abur saturat sau abur supranclzit. Prin cazan de ap cald

se nelege instalaia care produce ap cald la o temperatur de cel mult 110C i care este utilizat n afara acestei instalaii ncircuit nchis, folosind cldura produs prin arderea combustibililor, cldura recuperat din gazele fierbini rezultate dintr-unproces tehnologic sau prin folosirea energiei electrice.

Prin cazan de abur de joas presiune se nelege instalaia care produce abur saturat la o presiune de cel mult 0,05MPa (0,5 bar) i care este utilizat n afara acestei instalaii, folosind cldura produs prin arderea combustibililor, cldurarecuperat din gazele fierbini rezultate dintr-un proces tehnologic sau prin folosirea energiei electrice.

3.2. Prile principale ale unui cazanPrile principale ale unui cazan sunt:- cazanul propriu-zis, care conine ap, n care are loc nclzirea i transformarea acesteia n agent termic. Este format

din unul sau mai muli tamburi cilindrici, orizontali sau verticali i din evi, sau numai din evi.- focarul cazanului, n care are loc arderea combustibilului cu degajare de cldur, cldur care se transmite apei din

cazan;- instalaia de ardere a combustibilului;

- instalaia de tiraj;- instalaia de alimentare cu ap;- staia de tratare a apei;- armturile cazanului;- instalaia de automatizare (la cazanele automatizate);- izolaia i nzidirea cazanului.3.3. Parametrii i caracteristicile cazanelorn cele ce urmeaz se definesc principalii parametri ai cazanelor, unitile de msur uzuale, precum i domeniul n

care se pot ncadra cazanele din exploatare.Dintre acetia, suprafaa de nclzire, presiunea maxim admis i debitul de abur al cazanului sunt trecute pe placa de

timbru.3.3.1. Suprafaa de nclzire - este partea metalic a cazanului care, pe o parte este n contact cu apa, iar pe cealalt,

cu focul sau gazele arse.Se msoar n m2 i variaz ntre 1 - 5000 m2 i chiar mai mult.Fochistul trebuie s cunoasc ce pri ale cazanului formeaz suprafaa de nclzire pentru a le menine permanent

curate, fr depuneri de piatr sau funingine, deoarece prin acestea se transmite cldura de la foc la ap.3.3.2. Presiunea maxim admis - este cea mai mare presiune admis n exploatarea cazanului respectiv i este

stabilit de proiectantul cazanului. Se msoar n bar (kgf/cm2) sau MPa i poate fi ntre 0,1 i 225 bar, i chiar mai mult.3.3.3. Presiunea nominal a aburului - este presiunea maxim a aburului la ieirea din robinetul principal de

abur, n condiiile debitului i temperaturii nominale. Se msoar n bar. Este puin mai mic dect presiunea maxim admis.3.3.4. Presiunea minim a apei fierbini este presiunea care corespunde unei temperaturi de saturaie mai mare cu

cel puin 20C dect temperatura apei fierbini.3.3.5. Debitul specific - este cantitatea de abur pe care o poate dezvolta, n medie, un m2 din suprafaa de nclzire,

ntr-o or. Se msoar n kg abur/m2 h i poate fi ntre 10 i 600 kg abur/m 2 h.3.3.6. Debitul nominal - este cantitatea maxim de abur pe care o poate debita n mod continuu, un cazan ntr-o or, la

presiunea i temperatura nominal. Se msoar n tone de abur/h i este cuprins n domeniul 0,1-4500 tone abur/h i chiar mai mult.

La cazanele de ap cald i la cazanele de ap fierbinte se specific debitul caloric.

15


16/68

3.3.7. Debitul nominal caloric al unui cazan de ap fierbinte, de ap cald sau de abur, este cantitatea maximcontinu de cldur preluat de apa fierbinte, deapa cald sau de abur, n unitatea de tip, la temperatura maxim a apei calde,apei fierbini sau a aburului. Se msoar n kcal/h sau Gcal/h.

n prezent, n locul unitilor de msur de mai sus se dau puterile termice ale cazanelor, n kW sau MW, tiind c 1kW= 860 kcal, iar 1 MW = 1000 kW = 860.000 kcal/h.

3.3.8. Debitul minim - este debitul cel mai mic pe care l poate da un cazan la presiunea nominal, debit sub carenu trebuie s funcioneze, deoarece circulaia apei n evi este redus i acestea se pot arde. Este de 30-40% din debitulnominal.

3.3.9. Debitul minim reglat este debitul minim continuu de abur pe care cazanul trebuie s-l asigure la presiuneai temperatura nominal a aburului.

3.3.10. Debitul de vrf- este cel mai mare debit de abur ce poate fi produs de cazan, la solicitare maxim, timp demaximum 30 minute. Este de regul cu 10%mai mare dect debitul nominal.

3.3.11. Debitul optim - este debitul la care 1 kg de abur se obine cuminimum de combustibil consumat. Este de cea. 80% din debitul nominal.

3.3.12. Temperatura aburului supranclzit - este temperatura aburului laieirea din supranclzitor, fiind cuprins ntre 250 i 650C.

3.3.13. Temperatura maxim a apei fierbini este temperatura cea mai mare cu care apa fierbinte iese prinrobinetul principal al cazanului (la noi t = 150-170C).

3.3.14. Temperatura minim a apei fierbini este temperatura cea mai mic cu care apa intr n cazan.3.3.15. Randamentul cazanului - indic ce parte din cldura dezvoltat n focar prin arderea combustibilului se

transmite (util) apei din cazan, restul reprezentnd pierderi. Este cuprins, de regul, ntre 60 i 95% (0,6-0,95).Exemplu: Parametrii cei mai nali atini la cazanele construite pn n prezent sunt:

- n ar: cazanul C 1035, tip Benson, construit la Vulcan i montat la termocentralele de la Rovinari i Turceni, avnddebitul de 1035 tone abur pe or, presiunea maxim de 192 bar, temperatura aburului supranclzit de 540;C i cazanul Bensonde la termocentrala Ialnia de 510 t/h, pmax= 211 bar i t = 540C.

- noccident: s-au construit unele cazane cu debite de 4500 tone abur pe or, altele cu presiuni maxime de 350 bar(deci peste punctul critic), iar altele cu temperatura aburului supranclzit de 650C.

3.4 Clasificarea cazanelor.3.4.1. Din punct de vedere al lichidului folosit:- cazane cu ap;- cazane cu alte lichide dect apa (difil, difenil, uleiuri, soluii amoniacale, etc.).3.4.2. Din punct de vedere al fluidului termic produs:- cazane de ap cald (cu temperatura de maximum 110C. practic maximum 95C);- cazane de ap fierbinte (cu temperatura peste 110C);- cazane de abur saturat:- cazane de abur supranclzit.3.4.3. Dup destinaia agentului termic produs:- cazane de nclzire central;- cazane de termoficare;- cazane pentru abur tehnologic;- cazane energetice;- cazane combinate (pentru mai multe destinaii).3.4.4. Dup presiunea din cazan:- cazane cu presiune subcritic (cu presiunea maxim < 225 bar)- cazane cu presiune supracritic (cu presiunea maxim > 225 bar).Din prima categorie fac parte:- cazace de ap cald i abur de joas presiune la care presiunea maxim a aburului este 0,5 bar, sau temperatura

maxim 110C);- cazane de medie presiune (cu presiunea peste 0,5 bar, sau temperatura peste 110C).Se mai folosete i noiunea de cazane de nalt presiune, cnd presiunea este mai mare de 64 bar. i acestea sunt

deservite tot de fochiti de medie presiune, neexistnd fochiti de nalt presiune.3.4.5. Din punct de vedere constructiv:- cazane ignitubulare, la care focul circul prin evi i apa n exteriorul evilor. Sunt cazane cu volum mare de ap;- cazane acvatubulare, la care apa circul prin evi i focul n exteriorul evilor. Sunt cazane cu volum mic de ap;- cazane mixte (i acva i iginitubulare), ex. cazanele ABA de 2 i 4 t/h.3.4.6. Dup volumul de ap al cazanului:- cazane cu volum mare de ap, cele care au: volum ap (m3)/suprafaa de nclzire (m2) > 0,025;- cazane cu volum mic de ap - celelalte.3.4.7. Dup combustibilul folosit:

- cazane pentru combustibil solid;- cazane pentru combustibil lichid;- cazane pentru combustibil gazos;- cazane pentru combustibil mixt;

16


17/68

- cazane recuperatoare (care folosesc cldura rezultat din procesetehnologice);

- cazane cu rezistene electrice;- cazane cu combustibil nuclear.3.4.8. Dup tirajul cazanului:- cazane cu tiraj natural;- cazane cu tiraj artificial;3.4.9. Dup circulaia apei din cazan:- cazane cu circulaie natural (prin gravitaie sau termosifon);- cazane cu circulaie forat (cu pompe).

3.4.10. Dup modul de deservire:- cazane cu deservire manual;- cazane automatizate.3.4.11. Dup poziia tamburului:- cazane orizontale;- cazane verticale.3.4.12. Dup modul de fixare:- cazane stabile (montate pe fundaie);- cazane mobile (montate pe asiuri mobile);- cazane semistabile (montate peasiuri mobile, dar care nu pot funciona n timpul deplasrii).3.4.13. Dup numrul drumurilor de foc i de gaze arse:- cazane cu 1, 2, 3, 4 sau 5 drumuri de foc i de gaze arse.

3.4.14. Dup locul de amplasare:- cazane amplasate n centrale termice;- cazane funcionnd n aer liber.3.4.15. Din punct de vedere al controlului:- cazane care se controleaz de ctre ISCIR i care trebuie deservite numai de fochiti autorizai de ISCIR: cazane de abur cu p > 0,5 bar; cazane de ap fierbinte cu t > 110C (conform PT C1-2010 - Colecia ISCIR). cazane de abur cu p < 0,5 bar; cazane de ap cald cu t < 110C (conform PT C9-2010 col. ISCIR).

4. Tehnologia materialelor. Materiale i tehnologii n construcia cazanelor.4.1. MaterialeMaterialele metalice folosite n construcia, montarea i repararea cazanelor trebuie s corespund condiiilor tehnice de

recepie i marcare i s fie omologate sau acceptate, conformprevederilor din PT C1 i PT C9-2010, col. ISCIR.Tamburii (virolele), fundurile, plcile tubulare, capacele plane, tuburile focare etc, se execut din tabl de oel carbon,slab i mediu aliat, K410 sau K460, avnd compoziia chimic, calitile, certificatele de calitate i marcajele conform STAS2883/3, grosimea i calitatea acestora fiind fixate de proiectant, n funcie de parametrii cazanului (debit, presiune,temperatur).

Pe fiecare element de cazan, dup trasarea conform desenului, se reproduce, prin grija responsabilului ISCIR din uzinaconstructoare sau reparatoare (care i pune poansonul), marcajul nscris pe materialul respectiv de uzina siderurgicfurnizoare.

Tierea tablelor se face prin mijloace mecanice sau termice.Forma tablelor se d prin vluire sau prin presare la cald sau la rece.evile de oel carbon i aliat trebuie s corespund prevederilor STAS 8184 i 3478 i s aib marcajele i certificatele

de calitate corespunztoare. Se realizeaz din OLT 35 K, OLT 45 K sau din alte oeluri aliate sau nalt aliate, conform

proiectului.evile pot fi ndoite la cald sau la rece.uruburile i piuliele se execut din oeluri conform STAS 11290.Pn n anii '40 asamblarea tablelor se fcea numai prin nituire.n prezent, asamblarea se face prin sudur, conform unor tehnologii de sudare elaborate pe baza procedurilor de sudare

omologate.Sudura tablelor poate fi cap la cap sau de col.Sudurile se execut numai de ctre sudori autorizai de ISCIR.Sudura poate fi manual, semiautomat sau automat.Materialele de adaos trebuie s fie nsoite de certificate de calitate i s corespund STAS 1125 i 1126.evile se prind n placa tubular din focar prin mandrinare i bercluire, iar n camera de fum prin evazare.n prezent s-a generalizat prinderea evilor n tambur sau n plcile tubulare) prin mandrinare-sudur. Toate sudurile,

att la table ct i la evi, trebuie s fie poansonate cu poansonul propriu de ctre sudorul care Ie-a executat.

Pentru verificarea deplasrii elementelor de cazan datorit dilatrii termice se monteaz indicatoare (repere) dedeplasare.

4.2. Tratamentul termic

17


18/68

Pentru eliminarea tensiunilor termice care apar n urma sudrii n unele elemente de cazan formate la rece, acestea sesupun unui tratament termic de detensionare. Detensionarea se realizeaz prin nclzirea ntr-un cuptor i meninerea la otemperatur constant, pentru o perioad de timp specificat (de regul o or), a ntregului element sau succesiv a prilorcomponente.

4.3. Verificarea sudurilorSe face vizual i prin:a) ncercri nedistructive:- control cu raze X sau ;- lichide penetrante;- pulberi magnetice;

- ultrasunete.b) ncercri distructive (efectuate pe probe):- ncercarea la traciune;- ncercri la ndoire;- ncercri la ncovoiere (prin oc-rezilien).c) analize macro i microscopice.4.5. Cartea cazanuluiOdat cu cazanul, constructorul expediaz la beneficiar Cartea cazanului ce conine instruciuni privind montarea,

exploatarea i ntreinerea cazanului (pornirea, funcionarea, oprirea, revizia, conservarea etc).Partea de exploatare din Cartea cazanului trebuie studiat de ctre responsabilul ISCIR i eful slii de cazane, care,

dup adaptarea la situaia local, vor ntocmi instruciunile interne de exploatare, instruciuni nsuite i aplicate de ctrefochiti. Acestea se afieaz n sala de cazane.

5. Cazane i instalaii de nclzire central5.1. GeneralitiSe tie c omul se simte bine cnd n locuin, la locul de lucru sau afar, temperatura este ntre 18-25C. Sub aceast

valoare ncepe s aib senzaia de frig, iar peste, senzaia de cldur mare.Omul suport greu temperaturile ridicate, pentru limitarea crora se folosesc instalaii de climatizare, care asigur n

locuine i la locurile de munc temperatura dorit.Temperaturile sczute sunt suportate i mai greu de om. Pentru a crete temperatura n locuine sau la locul de munc,

omul a apelat la foc, folosind cldura degajat prin arderea combustibilului pentru ridicarea temperaturii mediului din jur. Lanceput s-a folosit numai sistemul de nclzire local fcndu-se foc mai nti n vatr, apoi la sobe, fiecare foc trebuind s fiefcut, alimentat i ntreinut individual.

Dup apariia cazanelor de abur i apoi a celor de ap cald i fierbinte, n prima jumtate a secolului al XIX-lea, anceput s se foloseasc din ce n ce mai mult nclzirea central, mai nti n locuine, apoi i la locul de munc.

n anul 1825, Seguin a inventat caloriferul.

Prin sistemul de nclzire central focul nu se mai face n fiecare ncpere ce trebuie nclzit, ci ntr-un singur loc,pentru ntreaga cldire sau chiar pentru mai multe cldiri, obinuit i subsol, n focarul cazanului.Asigurarea cldurii la locuine i la locul de lucru este o necesitate deoarece mpiedic mbolnvirile i permite

desfurarea activitilor productive.n cele ce urmeaz vom descrie pe scurt, sistemele de nclzire central prin cazane.n unele ri, dup primul rzboi mondial, iar n ara noastr dup anul 1958, a nceput s se rspndeasc sistemul de

nclzire central prin termoficare, ce asigur agentul termic - apa cald - pentru cartiere i chiar orae ntregi.De la cazan - sau de la punctul termic - agentul termic, apa cald sau aburul, ncrcat de cldur, ajunge prin circulaie

natural (prin gravitaie sau termosifon) sau prin pompare, la corpurile de nclzire (radiatoare etc.) din ncperi, unde cedeazcldura aerului din jur.

Agentul termic se ntoarce n cazan sau la punctul termic cu temperatur sczut, unde se nclzete din nou itransport cldura primit n ncperi.

Rezult c, apa cald (sau aburul) care circul n instalaiile de nclzire central, nu este altceva dect un cru caretransport cldura primit de la cazan sau punctul termic la corpurile de nclzire, dup care se napoiaz de unde a plecat,pentru a prelua o nou cantitate de cldur.

Corpurile de nclzire, montate obinuit sub glaful ferestrelor, cedeaz cldura primit de la agentul termic aerului dinjur. Acesta se nclzete, devine mai uor, se ridic, i alt aer, mai rece i mai greu, i ia locul. n acest mod, prin fenomenul deconvecie, se creeaz cureni de aer care rspndesc cldura n toat ncperea.

Separat de apa cald pentru nclzire, cazanele i punctele termice produc i livreaz i ap cald menajer (acm) pentrubi i buctrii.

Conform reglementrilor n vigoare, perioada de livrare a agentului termic ncepe toamna, dac n trei zile consecutive,ntre orele 18-6. temperatura este < +1C

5.2. nclzirea prin cazane de nclzire centralDup agentul termic produs, cazanele se mpart n cazane de ap cald i cazane de abur de joas presiune. Mai rar, se

utilizeaz i aburul de medie presiune.

5.2.1. Condiii pentru sala de cazaneConform PT C9-2010 col. ISCIR, cazanele de nclzire se pot monta n sli proprii, amplasate n subsolul, demisolul, la

parterul sau etajul cldirilor industriale i civile, cu excepia cldirilor din categoria de incendiu A i B. Este interzis

18


19/68

montarea acestor cazane la subsolul spitalelor, slilor de spectacol, colilor, grdinielor de copii, magazinelor etc.Cazanele se monteaz astfel nct s aib spaii de deservire i acces, minimum 2 m n fa i minimum 0,5 m lateral.

Sala de cazane trebuie s aib iluminat normal i iluminat de rezerv (cnd se ntrerupe curentul electric). Este obligatoriepriz i lamp de control la 24 V, n sala de cazane trebuie s existe grup social, s fie ordine i curenie.

Responsabilul slii de cazane trebuie s ntocmeasc, dup crile cazanelor i instalaiilor, innd cont de situaialocal:

- instruciuni interne de exploatare, n care s se detalieze manevrele pe care trebuie s le fac fochistul (i laborantul)la pornire, n timpul funcionrii i la oprirea cazanului, precum i msurile de luat n caz de avarii;

- instruciuni de protecia muncii;- instruciuni de paz contra incendiilor;

- plan de situaie a obiectivelor alimentate, cu indicarea amplasamentelor cminelor de vane:- schema tehnologic a instalaiilor;- tabel i diagram a temperaturii apei fa de temperatura exterioar;- tabel cu numerele de telefon de la: conducerea unitii, pompierii, salvarea, distribuia gazelor, apei i electricitii.Acestea trebuie afiate la loc vizibil n sala cazanelor. n plus n centrala termic trebuie s fie:- telefon, pentru anunarea imediat a situaiilor de avarie;- aparate de stins incendiu;- trus de prim ajutor (conf. cap.20.2.);- trus cu scule pentru intervenii la cazan i instalaiile aferente;- aprinztor pentru cazanele neautomatizate. Acesta const dintr-o tij metalic de 800-1000 mm lungime, avnd la un

capt un mner, iar la cellalt azbest nfurat cu srm i un vas de cca. 80-100 mm i h = 400-500 mm, cu motorin saupetrol.

- fiecare organ de nchidere trebuie s aib o plac de 200x60x1 mm, vopsit n galben i inscripionat cu litere roii,

pe o fa fiind scris DESCHIS i pe cealalt NCHIS i cu repere ca s se ie dac este nchis.n tot timpul funcionrii cazanului, ua sau o fereastr trebuie s rmn deschise, pentru a permite intrarea aerului

necesar arderii combustibiluluiPentru cazanele de 40.000 kcal/h, se prevede o deschidere minim de 1 dm 2. Peste acest debit caloric se prevede n plus

cte 1 dm2 pentru fiecare 20.000 kcal/ h. Dac nu se poate realiza aceast condiie, n timpul funcionrii cazanului, ua sliicazanelor sau o fereastr va sta deschis.

n centralele termice cu cazane cu debite mai mari de 80.000 kcal/h se prevede lng coul de fum, un co de ventilaiecu seciunea de 1/4 din cea a coului de fum.

5.2.2. Cazane de ap caldCazane de ap cald sunt cazane care produc ap cald cu temperatura maxim de pn la 110C, obinuit sub 95C,

apa fiind folosit pentru nclzirea locuinelor, instituiilor, unitilor comerciale, atelierelor i centru producerea apei caldemenajere. Pot folosi combustibil lichid, gazos, solid sau mixt, pot fi automatizate sau neautomatizate

n prezent exist o foarte mare varietate de tipodimensiuni de cazane pentru nclziri centrale, att produse n ar, ctmai ales, aduse din import.Prezentm o parte din acestea:5.2.2.1. Cazanele TubalSC Tubal SA construiete urmtoarele tipuri de cazane de ap cald:- cazane Metalica din elemeni;- cazane Tubal T;- cazane TIAC;- cazane de abur de joas presiune tip TIB, pe care le prezentm n continuare.5.2.2.1.1. Cazanele METALICA RA i PA se construiesc att pentru ap cald, ct i pentru abur de joas presiune,

deosebirea ntre ele fiind aceea c cele de ap cald au deasupra un distribuitor, iar cele de abur de joas presiune au o domde abur cu sticle de nivel (fig. 5.1.).

Sunt confecionate din cadre dreptunghiulare, din evi de oel de 133x4,5 sau 6 mm (elemeni, tuburi), asamblate prin

sudur, din care cauz mai sunt cunoscute i sub numele cazane TUBAL - (fig.5.2.).Fiecare element are n partea de jos i de sus racorduri scurte unde se asambleaz prin flane, jos, pe o parte, colectorul

de ap cald sau condensatul ce vine din instalaie, iar sus, la mijloc, distribuitorul de ap cald sau doma de abur ce pleac ninstalaie.

n interiorul focarului, elemenii sunt asamblai ntre ei prin platbande de oel sudate, ce asigur etaneitatea dintredrumul I i II. Ctre sfritul focarului, pe pereii laterali i tavan, platbandele se sudeaz cu ntreruperi, pentru a permitegazelor arse s treac din drumul I n drumul II.

Se construiesc dou tipuri de cazane:- tip P, mai mare (nlime 1950 mm, lime 1520 mm), cu 12-25 elemeni i debit caloric de 0,45-1,20 Gcal/h;- tip R, mai mic, cu 6-12 elemeni i debit caloric de 0,15-0,30 Gcal/h.Fiecare cazan este construit din 3 tipuri de elemeni:- un element n fa;- un element n spate;- mai muli elemeni de mijloc (dup necesiti i mrimea cazanului).

19


20/68

Fig. 5.1. Cazane Tubal (Metalica)a) cazan de ap cald; b) cazan de abur1 - distribuitor (tur); 2 - colector (retur); 3 - dom; 4 - sticl

de nivel

Fig. 5.2.Elementele cazanelor de oel tip P i R

a) element fa; b) element intermediar; c) element spate

1 - evi sudate; 2 - racorduri cu flan la distribuitor (D) i la colector (C);3 - distaniere; 4 - u focar; 5 - focar; 6 - canale de fum (drumul II de gaze),I, II, III - drumuri de gazeSe livreaz fie monobloc, fie elemeni care se asambleaz la locul de montare.Pe placa frontal se gsete arztorul, clapeta de aer secundar, vizorul i placa de timbru, iar n spate registrul (o plac

rotund ce se poate roti sau o plac dreptunghiular, ce se poate ridica sau cobora), pentru variaia tirajului.Circulaia gazelor arse

Aceste cazane au 3 drumuri de foc i de gaze arse:I. din fa n spate prin interiorul focarului;II. din spate n fa, printre cele dou rnduri de evi;III. din fa n spate, pe sub cazan, prin canalul de fum, la co.

Circulaia apei la cazan

Apa rcit (la cazanele de ap cald), sau condensatul (la cazanele de abur) intr n cazan prin partea de jos, prin

colector. Pe msur ce se nclzete, apa devine mai uoar, se ridic i, prin distribuitor sau dom, merge n instalaie, nultimul caz sub form de abur. La cazanele care au pompe de circulaie, circulaia apei n cazan i instalaia de nclzire seface sub presiunea pompelor.

Temperatura maxim a apei calde n instalaiile de nclzire este de 95C pe tur i se napoiaz cu maximum 75C peretur. Presiunea maxim la cazanele de abur este de 0,5 bar.

Pot fi automatizate sau neautomatizate, cu instalaii din import sau din ar. Pot consuma gaz metan, CLU, combustibilM, motorin, pcur, crbune sau combustibil mixt.

5.2.2.1.2. Cazanul de ap cald tip TUBAL T (fig.5.3)

Fig. 5.3. Cazan de ap cald Tubal T" 1 - spaiu ap cald; 2 - arztor: R1 - intrare ap rece; R2 - ieire ap caldspre instalaie; R3 - ieire ap cald spre

boiler; R4 - racord golire; R5 - racord co

Este un cazan cu tub de flacr ntoars i evi de fum cu spirale de turbulen. Focarul este din inox refractar. Are

debite calorice de 0,02; 0,03; 0,04; 0,06; 0,10: 0,14; 0,20; 0,25 Gcal/h, temperatur 75-95:

C, presiune 3 bar.Este complet automatizat, putnd consuma: gaze naturale, CLU, combustibil M, motorin.Este indicat pentru locuine, birouri, hoteluri, vile, cabane, coli, etc.5.2.2.1.3. Cazanul de ap cald tip TIAC

20


21/68

Este un cazan ignitubular cu tub de flacr ntoars i evi de fum.Are debite calorice de 0,3-3 Gcal/h, temperatur de 95C, presiune 6 bar.Este complet automatizat asigurnd urmtoarele tur:'- reglaje:- reglare sarcin:- protecii: depire parametrii; circulaie ap n cazan; dispariia flcrii n focar; presiune minim combustibil.

- comenzi: funcionare independent ventilator; funcionare pomp circulaie ap.- semnalizri: stare funcionare cazan.- protecii: presiune; nivel ap; lips flacr arztor condiii funcionare ndeplinite; avarie.Este echipat cu arztor monobloc automatizat cu funcionare pe gaze naturale, CLU, pcur, cu 1-2 trepte de

funcionare.

5.2.2. Cazanele de ap cald Sieta-Cluj NapocaSieta fabric aceste cazane n dou tipuri: CIA i CMI.5.2.2.1. Cazane CIASe compun dintr-un tambur cilindric vertical cu dou plci tubulare la capete, ntre care se monteaz un fascicol de evi

de fum. Are un singur drum de foc i gaze arse.Se construiesc pentru debite calorice de 8.000, 12.000. 20.000, 30.000, 40.000, 55.0C0 75.000 i 100.000 kcal/h

folosind combustibili gaze naturale sau gaze lichefiate.Sunt indicate

suport curs fochist

Documents