Domov › Príručky › Programy na stavebné výpočty

Návrh komína

So, 10/03/2009 - 12:28 — dusan_pov

Pracuje sa na odvodzovaní vzorcov, tabuľka bude vytvorená potom.

  1. Chemické rovnice horenia:
    - drevo, slama: C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O
    - zemný plyn, metán: CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O
    - čierne uhlie, koks: C + O2 -> CO2
  2. Zväčšenie objemu spalín chemickou reakciou horenia: kvs:
    - drevo: 1 mol O2 + 4 moly N2 -> 2 moly spalín + 4 moly N2 ... kvs = 6/5 = 1,2
    - metán: 1 mol O2 + 4 moly N2 -> 1,5 mola spalín + 4 moly N2 ... kvs = 5,5/5 = 1,1
    - uhlie: 1 mol O2 + 4 moly N2 -> 1 mol spalín + 4 moly N2 ... kvs = 5/5 = 1
  3. Zväčšenie objemu spalín ohriatím v ohnisku na teplotu t: kvt:
    vychádzame zo stavovej rovnice pre ideálny plyn: p.V/T = konšt. = p0.V0/T0, potom pri konšt. tlaku p = p0:
    V = V0 . T / T0 = V0 . (t + 273) / (t0 + 273)
    koeficient tepelného zväčšenia objemu spalín: kvt = (t + 273) / 273 ... [-; °C, t0 = 0 °C]
  4. Zväčšenie hmotnosti spalín chemickou reakciou horenia: kms:
    mólove hmotnosti: N2 = 28 g/mol, O2 = 32 g/mol, CO2 = 44 g/mol, H2O = 18 g/mol
    - vzduch: 1 mol O2 + 4 moly N2 = 1 . 32 + 4 . 28 = 144 g
    - spaliny dreva: 1 mol CO2 + 1 mol H2O + 4 moly N2 = 1 . 44 + 1 . 18 + 4 . 28 = 174 g ... kms = 174/144 = 1,21
    - spaliny metánu: 0,5 mol CO2 + 1 mol H2O + 4 moly N2 = 0,5 . 44 + 1 . 18 + 4 . 28 = 152 g ... kms = 152/144 = 1,06
    - spaliny uhlia: 1 mol CO2 + 4 moly N2 = 1 . 44 + 4 . 28 = 156 g ... kms = 156/144 = 1,08
  5. Množstvo spáleného paliva za sekundu:
    Q = výhrevnosť paliva pri dokonalom horení s účinnosťou 100%: drevo 20% vlhkosti 15 MJ/kg = 4,2 kWh/kg, zemný plyn 28 MJ/kg = 7,8 kWh/kg, uhlie 30 MJ/kg = 8,3 kWh/kg
    P = výkon ohniska, napr. 100 kW 
    - množstvo spáleného paliva v kilogramoch za hodinu: mp1h = P / Q ... [kg/h; kW, kWh/kg]
    - množstvo spáleného paliva v gramoch za sekundu: mp1s = mp1h . 1000 / 3600 ... [g/s; kg/h]
    - mólová hmotnosť palív mnp: drevo C6H12O6 = 180 g/mol, metán CH4 = 16 g/mol, uhlie C = 12 g/mol
    - mólové množstvo paliva za sekundu: np1s = mp1s / mnp ... [mol/s; g/s, g/mol]
  6. Množstvo nasávaného vzduchu:
    Na 1 mol paliva treba:
    - drevo: 6 molov O2 + 24 molov N2 = 30 molov vzduchu
    - metán: 2 moly O2 + 8 molov N2 = 10 molov vzduchu
    - uhlie: 1 mol O2 + 4 moly N2 = 5 molov vzduchu
    Molová hmotnosť vzduchu za sekundu nv1s:
    - drevo: nv1s = 30 . np1s ... [mol/s; mol/s] = 30 . mp1s / mnp = 0,02 . P ... [mol/s; kW]
    - metán: nv1s = 10 . np1s ... [mol/s; mol/s] = 10 . mp1s / mnp = 0,036 . P ... [mol/s; kW]
    - uhlie: nv1s = 5 . np1s ... [mol/s; mol/s] = 5 . mp1s / mnp = 0,028 . P ... [mol/s; kW] 
    Objem vzduchu s teplotou 0 ˚C za sekundu V01s:
    1 mol každého plynu pri 0 °C a bežnom tlaku 1 atm (101 kPa) má objem 22,4 litra
    - drevo: V01s = 22,4 . nv1s ... [liter/s; mol/s] = 22,4 . 0,021 . P = 0,47 . P ... [liter/s; kW]
    - metán: V01s = 22,4 . nv1s ... [liter/s; mol/s] = 22,4 . 0,036 . P = 0,81 . P ... [liter/s; kW]
    - uhlie: V01s = 22,4 . nv1s ... [liter/s; mol/s] = 22,4 . 0,028 . P = 0,62 . P ... [liter/s; kW]
  7. Objemový tok spalín pri teplote t a palive kvs:
    Vt1s = V01s . kvt . kvs ... [liter/s; liter/s, -, -]
  8. Mólová hmotnosť a hustota plynov:
    - vzduch: 78% N2 + 21% O2 = 29 g/mol
    - spaliny dreva: 66% N2 + 17% H2O + 17% CO2 = 29 g/mol
    - spaliny metánu: 73% N2 + 9% CO2 + 18% H2O = 27,6 g/mol
    - spaliny uhlia: 78% N2 + 21% CO2 = 31,2 g/mol
    - hustota vzduchu s teplotou 0 ˚C: ρ0 = mn / V0 = 29 g/mol / 22,4 litra/mol = 1,29 g/liter
    - hustota spalín s teplotou t: ρt = 1,29 . kms / (kvt . kvs) ... [g/liter = kg/m3]
  9. Hmotnostný tok spalín pri teplote t:
    mt = V0 . ρt
  10. Tepelná kapacita c:
    zložky spalín: N2 = 1 000 J/kg.K, CO2 = 1 237 J/kg.K, H2O = 4180 J/kg.K
    - spaliny dreva: c = 0,66 . 1000 + 0,17 . 4200 + 0,17 . 1237 = 1 600 J/kg.K
    - spaliny metánu: c = 0,73 . 1000 + 0,18 . 4200 + 0,09 . 1237 = 1 600 J/kg.K
    - spaliny uhlia: c = 0,80 . 1000 + 0,2 . 1237 = 1 050 J/kg.K
  11. Časová konštanta ochladzovania plynov v komíne τ:
    τ = energia spalín / tepelný tok cez plášť = rozdiel teplôt . tepelná kapacita . hmotnosť spalín / tepelny tok
    τ = ΔT . c . m / Pe = ΔT . c . V . ρ / U . S = ΔT . c . π.r2.d . ρ / U . 2.π.r.d
    τ = R . ΔT . c . r / 2 ... [sekunda; m2.K/W, ˚C, J/kg.K, meter], kde R - tepelný odpor komína, ΔT - teplota spalín (rozdiel teplôt spalín a vonkajšieho vzduchu), c - tepelná kapacita spalín, r - polomer vložky komína
  12. Ochladzovanie spalín v čase:
    T = Tmax . 0,36t/τ ... τ - je časová konštanta ochladenia na 36 %, τ = c . m . R / S ... c - tepelná kapacita plynov, m - hmotnosť plynov v komíne, R - tepelný odpor chladnutia komína, S - plocha komínovej vložky alebo vnútra komína
  13. Objemový tok Vt pohybjúcich sa spalín v komíne po čase t:
    VT = V0 . kT . kp = V0 . (T + 273) / (T0 + 273) . kp
    Vt = V0 . kp . (Tmax . 0,36t/τ + 273) / (Tmax + 273)
  14. Vztlak v komíne:
    p = h . ρ . g ... kde h - je výška komína [m], ρ - je priemerný rozdiel hustoty spalín v komíne a hustoty vonkajšieho vzduchu [kg/m3], g - gravitačné zrýchlenie = 9,81 m/s2
  • Ak chcete pridať komentáre, tak sa musíte prihlásiť

Komentáre

St, 12/16/2009 - 20:04 — dusan_pov

bod 5

Dakujem za ysvetlenie P a Q. Pracujem na kontrole vzorcov a zda sa mi byt sice spravne ale zradne napisat:
- množstvo spáleného paliva v kilogramoch za hodinu: mp1h = P / Q [kg/h, kW, kWh/kg]
- množstvo spáleného paliva v gramoch za sekundu: mp1s = P / Q [g/s, kW, MJ/kg]

Oba vzorce su totiz rovnake a finta je len ze Q je raz v kWh/kg a druhy raz v Mj/kg, co si vsak citatel nemusi vsimnut (sam som dlho na to kukal nez som si to vsimol), suhlasil by si s lahsie pochopitelnou upravou ?:
mp1s = mp1h * 1000 / 3600 [g/s, kg/h]

  • Ak chcete pridať komentáre, tak sa musíte prihlásiť
St, 12/16/2009 - 20:21 — rasto

manuál k programu

Spokojne tam dopíš aj tvoj vzorec. Citatelia asi nebudu rucne ratat komín, lebo toto je manuál k budúcemu programu. Treba to napísať tak aby to bolo jasné nejakému programátorovi.
  • Ak chcete pridať komentáre, tak sa musíte prihlásiť
St, 12/16/2009 - 19:02 — dusan_pov

bod 5 - doplnit ucinnost vykurovacieho spotrebica?

Ahoj Rasto, zvazujem ci by sa do vzorca na vypocet mnozstva spaleneho paliva za hodino, nemala doplnit ucinnost vykurovacieho zariadenia. pises ze mp1h = P / Q, len zvacsa clovek za P dosadi tepelne straty domu * interval nakladania a za Q idealne spalenie 1kg dreva. Chyba tam prave ta cast tepla co uleti do komina. Navrhujem teda mp1h = P / (Q . η), podobne ako sme to uroboli vo vypocte kachlovej pece:

Vypočítame hmotnosť dreva na jedno naloženie md = E / (vyhr . η)

  • Ak chcete pridať komentáre, tak sa musíte prihlásiť
St, 12/16/2009 - 19:21 — rasto

výkon ohniska

Ide o výkon ohniska, čiže je jedno koľko tepla ostane v dome. Ale máš pravdu že to treba označiť, takže dopíšem vysvetlivku P - výkon ohniska, napríklad 100 kW.
  • Ak chcete pridať komentáre, tak sa musíte prihlásiť
Št, 12/10/2009 - 00:14 — dusan_pov

kp

doplnil som bod 2. pre vypocet kp, aby bolo jasne ako sme dospeli ku kp = 1,2
  • Ak chcete pridať komentáre, tak sa musíte prihlásiť
Pi, 11/20/2009 - 11:11 — dusan_pov

oprava zatvoriek vo vzorcoch

Pri prepoctoch som si vsimol chybajucu zatvorku v:
(t + 273) / t0 + 273) ma byt spravne (t + 273) / (t0 + 273)
chyba sa vyskytuje v bodoch: 4. a 13.

  • Ak chcete pridať komentáre, tak sa musíte prihlásiť
Po, 11/23/2009 - 08:53 — rasto

opravené

opravené
  • Ak chcete pridať komentáre, tak sa musíte prihlásiť