Υπερδιαστασιολόγηση καμινάδας και κατανάλωση

[miltos]

Προσωπικά ο ελκυσμός δεν με ενοχλεί καθόλου. Αυτό που ενοχλεί, και που μπορεί να λύσει το ντάμπερ νωπού αέρα, είναι η μεταβολή του ελκυσμού κατά τη διάρκεια της καύσης.

quote:Ο αυξημενος ελκυσμος "τραβαει" μεσα απο το λεβητα μιγμα το οποιο δεν προλαβαινει να κανει τελεια καυση.

Α) Η παροχή καυσαερίων μπορεί να καθοριστεί από τη ρύθμιση του ντάμπερ του καυστήρα, όσο και να είναι το μέγεθος του ελκυσμού. Το πρόβλημα είναι ότι ξεκινάμε με μικρό ελκυσμό, όσο είναι κρύα η καμινάδα και καταλήγουμε σε μεγαλύτερο (όταν ζεσταθεί).

Β) Η επίδραση του ελκυσμού είναι αντίστοιχη με το άνοιγμα του ντάμπερ του αέρα. Δεν μπορεί να προκαλέσει ατελή καύση, εκτός αν έχεις ήδη πολύ μεγάλο λ-> υψηλό CO, οπότε ο ελκυσμός θα αυξήσει ακόμα περισσότερο το λ συνεπώς και τo CO.

____________________
Μ' αρέσουν οι παρατηρήσεις... Διορθώνομαι!

[Pischinas George]

Εδώ είμαι και εγώ για να σας χαρίσω μια "φιλοσοφική" θεώρηση αυτού του ενδιαφέροντος θέματος. Εννοώ αυτήν την φιλοσοφία που δίνει στον μηχανικό την ικανοποίηση της κατανόησης των θεμάτων που χειρίζεται με αναγωγή στις επιστημονικές βάσεις του εκάστοτε θέματος. Αυτή η κατανόηση είναι και το εργαλείο για πιο επαγγελματική άσκηση του λειτουργήματός του, για απάντηση ερωτημάτων, για παραγωγή καινούργιας γνώσης. Για μένα στις μέρες μας η κοινοποίηση των σκέψεών μου μου δίνει απλά την ικανοποίηση ότι βοηθώ κάποιους συναδέλφους.

Για όλα τα παιδιά του forum τους χαρίζω μία Βαρβαγιάννεια εξίσωση να υπολογίζουν τις διατομές των καμινάδων σε σύγχρονους πιεστικούς λέβητες πετρελαίου ή αερίου:
S = (15 * Q)/ Sqrt(h)
όπου: S (cm²) Διατομή του καπναγωγού, Q->Απόδοση του λέβητα σε Mcal/h, h->ύψος κατακόρυφο της καμινάδας σε m. Sqrt->σημαίνει τετραγωνική ρίζα.

Θα επιχειρήσω να ερμηνεύσω αυτόν τον τύπο με βάση την θεωρία, δηλαδή θα αποδείξω ότι είναι συμβατός με την θεωρία. Εκείνο που διακυμαίνεται στις διάφορες εκτιμήσεις είναι ο σταθερός συντελεστής αυτού του τύπου. Σε τεχνικό λογισμικό που διαθέτω κυμαίνεται από 19 εως 29. Θα επιβεβαιώσω τον Γιώργο ότι αυτός είναι πολύ υψηλός προς την ασφαλή πλευρά βέβαια και θα δείξω ότι ο θεωρητικός με συντελεστή αφαλείας 1,5 που ζητά ο Ελληνικός Κανονισμός Φυσικού Αερίου προκύπτει υπολογιζόμενος στην τιμή 12 ενώ το 15 βάζει ένα συντελεστή ασφαλείας 2,5. Έτσι λοιπόν θα επιβεβαιώσω την πειρατική άποψη του Γιώργου ότι είναι ένας αρκετά ασφαλής συντελεστής σε σχέση με την θεωρία αλλά όχι υπερβολικά ασφαλής όπως σε ορισμένη βιβλιογραφία. Θα εξηγήσω και τι σημαίνει "ασφαλής" συντελεστής εν προκειμένω. Χρησιμοποιώ πάντα τις μονάδες του Γιώργου.
Έχομε λοιπόν. Η κινητήρια δύναμη του ελκυσμού του κυκλώματος ατμόσφαιρας-λέβητα-καπναγωγού-καπνοδόχου-ατμόσφαιρας είναι στην ουσία η πίεση ηρεμίας (άνωση) Ph = H*g*(ρL-ρm) όπου H το ύψος καμινάδας, g η επιτάχυνση βαρύτητας (φυσική σταθερά), ρL η πυκνότητα αέρα, ρm η μέση πυκνότητα καυσαερίων στην καμινάδα. Αν δεν είχαμε καθόλου αντίσταση ροής στην καμινάδα η στατική πίεση θα μετετρέπετο καθ' ολοκληρία σε δυναμική πίεση ρm/2*wm^2 όπου wm η μέση ταχύτητα καυσαερίων στην καπνοδόχο. Επειδή όμως υπάρχουν αντιστάσεις στη ροή ένα μέρος της πίεσης αναλίσκεται στην υπερνίκηση των αντιστάσεων αυτών και αυτό το μέρος είναι Pe = (ψ*L/Dh+Σn ζn)*ρm/2*wm^2 όπου Pe αντίσταση στο κύκλωμα καυσαερίων από τριβές και τοπικές αντιστάσεις, ψ ο συντελεστής τριβών στα τοιχώματα, L το μήκος του συστήματος καπναγωγός+καμινάδα, Dh η υδραυλική της διάμετρος που όταν είναι κυκλική ταυτίζεται με την γεωμετρική, Σnζn άθροισμα των συντελεστών των τοπικών αντιστάσεων δηλαδή αντιστάσεων από αλλαγή ταχύτητας στην είσοδο καυσαερίων στον καπναγωγό, και αλλαγή διευθύνσεως στο πέρασμα από καπναγωγό σε καμινάδα. Στον υπολογισμό των πιέσεων που θα καταλήξει στην ζητούμενη διάμετρο θα υπολογίσομε την αντίσταση στο κύκλωμα καυσαερίων σαν Pr = Se*Pe όπου Se συντελεστής ασφαλείας. Ισχύει λοιπόν η εξίσωση Ph = Pr + ρm/2*wm^2 η οποία με βάση τα προηγούμενα δι' αντικαταστάσεως γίνεται H*g*(ρL-ρm) = ρm/2*wm^2 + Se* (ψ*H/Dh+Σn ζn)*ρm/2*wm^2 ή H*g*(ρL-ρm) = ρm/2*wm^2*(1+Se* (ψ*H/Dh+Σn ζn)) ή H*g*(ρL-ρm) = Κ*ρm/2*wm^2 αν ονομάσομε Κ τον συντελεστή της δυναμικής πίεσης ρm/2*wm^2. Λύνοντας αυτό τον τελευταίο τύπο ως προς wm παίρνομε wm = sqrt [2*H*g*(ρL-ρm)/(ρm*Κ)] Από την άλλη ισχύει m' = wm*S*ρm όπου m' η παροχή μάζας των καυσαερίων, S η διατομή της καμινάδας. Λύνω τον τελευταίο τύπο ως προς S, S=m'/(wm*ρm) Το m' είναι ανάλογο της θερμικής ισχύος QΛ του λέβητα βάσει του τύπου m'=3,2*QΛ όπου το QΛ δίνεται σε [Mcal/h] και το m' σε Kg/h. Άρα S=3,2*Q/(wm*ρm) και δι' αντικαταστάσεως του wm S=3,2*Q/sqrt{2*g*(ρL-ρm)*ρm/[1+Se*(ψ*L/Dh+Σnζn)]}*1/sqrt(H) και αν ονομάσομε M τον συντελεστή του Q/sqrt(H) παίρνομε τον τύπο του πειρατή. S=Μ*Q/sqrt(H) όπου Μ = 3,2/sqrt{2*g*(ρL-ρm)*ρm/[1+Se*(ψ*L/Dh+Σnζn)]}. Για να υπολογίσω το Μ λαμβάνω υπ' όψη ότι ρL=1,29 Kg/Nm3, ρm=ρL*(TL/Tm), όπου TL μέση τιμή θερμοκρασίας εξωτερικού αέρα βάσει κανονισμού 273+15 [K], Tm η μέση θερμοκρασία καυσαερίων στην καπνοδόχο πήρα 273+187 [K] μία τυπική τιμή. Άρα ρm=0,807 Kg/Nm3. g=9,81 m/sec^2, ψ=0,069 [ ], Σζ=4 [ ], (οι τιμές των συντελεστών απωλειών είναι πρακτικά ανεξάρτητες του μεγέθους της ροής, και αυτές οι τιμές είναι προς την ασφαλή πλευρά των τσιμπημένων απωλειών). Για τα H και Dh χρησιμοποίησα τις τιμές του παραδείγματός μας 11000 και 180 [mm] αντίστοιχα, για το L 13000 [mm] (έστω μήκος καπναγωγού 2000 [mm]). Αν θέσω τον συντελεστή του τύπου Μ=15 και θερμική ισχύ λέβητα 55 Mcal/h προκύπτει, όπως είπα και στην εισαγωγή, συντελεστής ασφαλείας υπολογισμού αντιστάσεων τριβής Se=2,5.
Αν βάλω συντελεστή ασφαλείας Se 1,5 εκτός από το Μ θα αλλάξει και η διατομή καμινάδας. Για να τα βρω κατέφυγα στο εργαλείο "αναζήτηση στόχου" του Excel. Έβαλα σαν στόχο QΛ=55 Mcal/h και το εργαλείο υπολόγισε S=200 cm^2, Dh=160 mm, Μ=12. Δηλαδή λεπτότερη καμινάδα, σωστή μεν αλλά όχι τόσο ασφαλή όσο με τον συντελεστή 15.
Τώρα τι σημαίνει ασφάλεια; Σημαίνει αρκετά μεγάλη διάμετρο ώστε οι αντιστάσεις τριβής να είναι αρκετά μικρές ώστε η καμινάδα με το συγκεκριμένο ύψος να μπορέσει να τραβήξει από τον λέβητα την απαιτούμενη παροχή καυσαερίων.
Σε λίγες μέρες θα προσπαθήσω να απαντήσω στο ερώτημα του ενεργειακού ισοζυγίου της καμινάδας που ήταν το αρχικό ερώτημα του Nemo.

Με φιλικούς χαιρετισμούς

[monachus]

Νομίζω ότι το θέμα της υπερδιαστασιολόγησης καλύφθηκε πλήρως....

[ThomasGR]

Πολύ ενδιαφέρον το θέμα, και ας κράτησε μερικά χρόνια. Κάτι παρόμοιο πρόβλημα με την υγροποίηση αντιμετώπιζα και εγώ κάποτε. Χωρίς να είμαι μηχανολόγος ή να έχω κάποια σχέση με θέρμανση, η δικιά μου πείρα είναι τελείως διαφορετική.
Είχα έντονη υγροποίηση της καμινάδας και όταν μείωσα το μπεκ από 1.25 στο 0.5, η υγροποίηση σταμάτησε και μειώθηκε η κατανάλωση στα μισά. Είναι λέβητας 40000 Kcal, καμινάδα ύψους 8 μέτρα και διατομής 20*20 cm. Ελενίτ, χωρίς μόνωση. Μια μονοκατοικία ενός διαμερίσματος σε πιλοτή. Η θερμοκρασία στην έξοδο του λέβητα από 170 βαθμούς την έριξα στα 140 έως 150. Δηλαδή στο ξεκίνημα όταν ήταν κρύο το διαμέρισμα δούλευε ασταμάτητα 20 λεπτά ο καυστήρας και η θερμοκρασία των καυσαερίων κατά την έξοδο έφτανε τις 150°, μετά δούλευε κάθε πέντε λεπτά για 3 λεπτά και η θερμοκρασία μετα βίας φτάνει τις 140. Υγροποίηση όμως δεν υπάρχει. Όταν το διαμέρισμα ζεσταθεί μετά δύο τρεις ώρες, ο καυστήρας δουλεύει κάθε μισή ώρα για 3 έως 5 λεπτά. Η κατανάλωση είναι 2.2 λίτρα την ώρα λειτουργίας του καυστήρα. Αντιθέτως με εσάς, εγώ μείωσα την θερμοκρασία των καυσαερίων, ενώ εσείς θα τη ανεβάζατε στους 200°. Κάποτε σκέφτηκα να βάλω ανεμιστήρα στην έξοδο της καμινάδας για καλύτερα ελκυσμό, ώστε να μειώσω και άλλο το μπεκ (και την θερμοκρασία εξόδου των καυσαερίων από τον λέβητα), ή να βάλω θερμαντική ταινία στη μέση της καμινάδας, πάλι για να βοηθήσω τον ελκυσμό και να μειώσω την κατανάλωση.

[ThomasGR]

Επίσης ξέχασα να σημειώσω, από τότε που το έκανα αυτό, πριν περίπου 6 χρόνια, δεν υπάρχουν υπολείμματα καύσης στον θάλαμο του λέβητα, ούτε στο σπιράλ πίσω από τον λέβητα. Ενώ το σπιράλ το άλλαζα σχεδόν κάθε χρόνο επειδή γινόταν τρύπιο από την υγροποίηση ή το έκαιγαν τα καυσαέρια, τώρα έχω ξεχάσει πότε το άλλαξα τελευταία.

[monachus]

Η μείωση της "κατανάλωσης στα μισά", εξηγείται λογικά, αφού αλλάζοντας το μπεκ, στην ουσία μειώσατε την ικανότητα του καυστήρα περίπου στο μισό (18.000kcal/h.) Αρα τώρα έχετε έναν λέβητα 40.000kcal/h που αποδίδει 18.000kcal/h.

Επίσης η διατομή της καπνοδόχου, είναι τεράστια για έναν λέβητα του μεγέθους αυτού.

Ολα όσα γράψατε για τις θερμοκρασίες τεχνικά είναι λάθος.
Το καυσαέριο υγροποιείται όταν ακουμπάει σε κρύες επιφάνειες και μειώνεται η θερμοκρασία του. Συνεπώς για να μην υγροποιηθεί, πρέπει να θερμανθεί περισσότερο, ώστε να προλάβει να βγει στο περιβάλλον πριν κρυώσει και υγροποιηθεί.


Πόσα χρήματα πληρώσατε πέρυσι για θέρμανση;

[ThomasGR]

Πριν τις αλλαγές, η κατανάλωση ήταν 1000 έως 1200 λίτρα το χρόνο. Μετά τις αλλαγές 400 έως 600. Πέρση πρέπει να ήταν πολύ ήπιος χειμώνας με 400 λίτρα.

Η απορία μου είναι γιατί δεν υπάρχει υγροποίηση πουθενά, ενώ βάση θεωρίας θα έπρεπε.

Στις δοκιμές που έκανα και σε αυτά που διάβαζα πάντα είχα την αμηχανία αν πρέπει να παίρνω την ονομαστική ισχύς του λέβητα υπόψη, ή την πραγματική απόδοση. Δηλαδή με τους τύπους που υπάρχουν σε αυτή την ανάρτηση η καμινάδα για τη ονομαστική ισχύς 40 Mcal/h θα έπρεπε να είναι 168 mm διάμετρος, ενώ για την πραγματική 18 Mval/h μόνο 129 mm.

Τώρα γίνεται νέα εγκατάσταση για την επέκταση της οικοδομής και προσπαθώ να υπολογίσω την καμινάδα. Ο λέβητας που θα εγκατασταθεί θα είναι 65 Μcal/h για τις πολύ κρύες μέρες, η απαιτούμενη μέση απόδοση όμως περίπου 50.

Συνοπτικά¨Ονομαστική ισχύς του Λέβητα 65 Mcal/h, απαιτούμενη μέση απόδοση 50 Mcal/h , συνολικό ύψος καμινάδας 16,7 μέτρα. Στην έξοδο του λέβητα θα υπάρχουν 2.5 μέτρα οριζόντια καμινάδα με μια μικρή κλίση 12 μοιρών. Ο υδραυλικός λέει ότι δεν θα υπάρξει σπιράλ.

[monachus]

Πριν τις αλλαγές, η κατανάλωση ήταν 1000 έως 1200 λίτρα το χρόνο. Μετά τις αλλαγές 400 έως 600. Πέρση πρέπει να ήταν πολύ ήπιος χειμώνας με 400 λίτρα.

Η απορία μου είναι γιατί δεν υπάρχει υγροποίηση πουθενά, ενώ βάση θεωρίας θα έπρεπε.

Στις δοκιμές που έκανα και σε αυτά που διάβαζα πάντα είχα την αμηχανία αν πρέπει να παίρνω την ονομαστική ισχύς του λέβητα υπόψη, ή την πραγματική απόδοση. Δηλαδή με τους τύπους που υπάρχουν σε αυτή την ανάρτηση η καμινάδα για τη ονομαστική ισχύς 40 Mcal/h θα έπρεπε να είναι 168 mm διάμετρος, ενώ για την πραγματική 18 Mval/h μόνο 129 mm.

Τώρα γίνεται νέα εγκατάσταση για την επέκταση της οικοδομής και προσπαθώ να υπολογίσω την καμινάδα. Ο λέβητας που θα εγκατασταθεί θα είναι 65 Μcal/h για τις πολύ κρύες μέρες, η απαιτούμενη μέση απόδοση όμως περίπου 50.

Συνοπτικά¨Ονομαστική ισχύς του Λέβητα 65 Mcal/h, απαιτούμενη μέση απόδοση 50 Mcal/h , συνολικό ύψος καμινάδας 16,7 μέτρα. Στην έξοδο του λέβητα θα υπάρχουν 2.5 μέτρα οριζόντια καμινάδα με μια μικρή κλίση 12 μοιρών. Ο υδραυλικός λέει ότι δεν θα υπάρξει σπιράλ.

Αυτή είναι και η δικιά μου απορία.

Για τον υπολογισμό της καπνοδόχου θα πρέπει να λαμβάνεται υπ' όψη η ισχύς καύσης (στην περίπτωση του συγκεκριμένου λέβητα οι 18.000kcal - και όχι οι 40.000), δηλαδή η ισχύς που έχει ρυθμιστεί ο καυστήρας.

Για τον λέβητα των 65Mcal/h η καπνοδόχος θα πρέπει να υπολογιστεί για 65Mcal/h εφόσον αυτή είναι η μέγιστη ισχύς του καυστήρα.

[vagroul]

Καλημερα, γραφω στο πολύ αναλυτικο αυτό αρθρο μιας και νομιζω ότι ο προβλιματισμος μου τεριαζει στον τιτλο.
Διαβαζοντας ολο το νημα καταλαβα την αναγκη να υπαρχει η σωστη διασταση καμιναδα σε κάθε λεβητα.

Εχω έναν λεβητα 50000 θερμιδων 35χρονων (θερμις 600) είναι υποφορτιζμενος με μπεκ 1gal/h στις 35000θερμιδες , η καμιναδα που υπαρχει τωρα είναι αμιαντος Φ250 με υψος καθετου τμηματος 9μετρα και ενός οριζοντιου 2 μετρα και επισης ένα τμημα περιπου 1,5 μετρα που βρισκεται μεσα στο λεβητοστασιο και είναι από σιδερονιο κομματι (στρατζαριστο ) Φ150 οσο είναι και η εξοδος του λεβητα.

Οι επιλογες που εχω είναι
1) Τοποθετηση μονομενης καμιναδας με κοστος 750+ ευρω που δεν μπορω να το κανω.
2) Τοποθετηση καμιναδας Φ150 inox αμονωτης με κοστος 180ευρω
3) Τοποθετηση καμιναδας Φ150 inox αμονωτης μεσα στην καμιναδα αμιαντου που υπαρχει τωρα με ριψη περλιτη για μονωση με κσοτος 280ευρω.
4) Να μην κανω τιποτα και να τα αφησω όλα όπως είναι.

Την λυση 2 θα την προτιμουσα για να φυγει και ο αμιαντος από το σπιτι, την 3 την σκεφτομαι αν θα μπορουσε να βοηθησει στην καλυτερη λειτουργια του συστηματος.

Από τον τυπο S = (15 * Q)/ Sqrt(h) επιβεβαιώνετε και το Φ150 αν στο Q λαμβανουμε υπ οψιν μονο το κατακορυφο τμημα.

Επισης υπαρχει καποιο ποσοστο που να μας λεει το τι μας προσφερει σε οικονομια αν Π.Χ. η σωστη καμιναδα για τον λεβητα είναι Φ150 και εμεις εχουμε Φ250 ???

[vagroul]

στον τύπο S = (15 * Q)/ Sqrt(h) λαμβανουμε υπ οψιν μονο το κατακορυφο τμημα?