LABORATORIJSKA VJEŽBA

ODREĐIVANJE KOEFICIJENTA TOPLINSKE VODLJIVOSTI PREDIZOLIRANE CIJEVI

Pripremili: Dr.sc. Damir Dović

Prof.dr.sc. Srećko Švaić

FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE SVEUČILIŠTA U ZAGREBU

Laboratorij za toplinu i toplinske uređaje

Zagreb 2007.

Laboratorijska vježba: Određivanje koef. topl. vodljivosti predizolirane cijevi

1. CILJ I SVRHA VJEŽBE IC kamerom je potrebno snimiti raspodjelu temperatura na vanjskoj stijenci predizolirane cijevi koja se zagrijava električnim grijačem. Temeljem očitanih vrijednosti temperatura i snage grijača potrebno je odrediti koeficijent toplinske vodljivosti cijevi. Termografijom se određuje srednja temperatura vanjske stijenke cijevi, provjerava kompaktnost izolacije, te postojanje eventualnih umetaka u strukturi cijevi. 2. OBJEKT MJERENJA Objekt mjerenja je predizolirana cijev (Slika 1) kakva se koristi za potrebe daljinskog grijanja. Predizolirana cijev se sastoji od unutarnje čelične cijevi oko koje se nalazi izolacija od PUR pjene. S vanjske strane izolacije nalazi se cijev od polietilena PE-HD koja štiti izolaciju od prodora vlage i oštećenja tijekom eksploatacije. U cijev je umetnut električni grijač čija se snaga regulira zakretnim transformatorom. Krajevi cijevi zatvoreni su izolacijom. Temperatura unutarnje stijenke čelične cijevi i vanjske stijenke polietilenske cijevi mjeri se termoparovima tip K (Ni-CrNi), koji su u dobrom toplinskom kontaktu sa stijenkama, što je osigurano korištenjem specijalne termopaste velikog koeficijenta toplinske vodljivosti. Dimenzije cijevi dane su u Tablici 1.

Slika 1 Poprečni i uzdužni presjeci predizolirane cijevi

Slika 2 Objekt mjerenja: Predizolirana cijev

1

Laboratorijska vježba: Određivanje koef. topl. vodljivosti predizolirane cijevi

Tablica 1 Dimenzije cijevi Vanjski promjer izolacije Vanjski promjer izolacije na rubovima Unutrašnji promjer izolacije Unutrašnji promjer izolacije na rubovima Duljina uzorka Duljina središnjeg dijela Debljina kraja

D1vD2vD1uD2uLtotL1s

125 mm 200 mm 60 mm 60 mm 2507 mm 2427 mm 57 mm

2. MJERENJE 2.1 MJERNA LINIJA I OPREMA Mjerna linija se sastoji od predizolirane cijevi postavljene na nosače, električnog grijača kojim se grije unutrašnjost čelične cijevi, zakretnog transformatora za regulaciju snage grijača, instrumenta za očitanje napona transformatora i otpora el. grijača, 3 termopara tip K (Ni-CrNi) kojima se mjeri temperatura unutarnje i vanjske stijenke čelične i PE-HD cijevi, te temperatura zraka u čeličnoj cijevi, instrumenta za očitanje temperature termoparova, termometra za mjerenje temperature okoline, te IC kamere. 2.2 POSTUPAK MJERENJA Mjerenje se provodi u stacionarnom stanju. Potrebno je zabilježiti temperature očitane termoparovima i izlazni napon transformatora. Pri snimanju IC kamerom kameru treba postaviti tako da se obuhvati cijela predizolirana cijev skupa s izolacijom krajeva. Nakon snimanja termograma potrebno je odrediti emisijski faktor PE-HD cijevi. U tu se svrhu snima dio PE-HD cijevi na kome se nalazi pričvršćen termopar i to tako da os kamere bude približno okomita na dio površine cijevi oko termopara, da bi se time umanjio utjecaj zakrivljenosti površine na intenzitet zračenja emitiranog u smjeru kamere. Po završetku mjerenja određuje se snaga grijača odnosno generirana toplina koja se gubi kroz izolaciju prema izrazu:

RUQ /2= [W] 3. OBRADA I ANALIZA REZULTATA Vrijednosti izmjernih veličina upisuju se u Tablicu 2. Koristeći podatke o izmjerenim veličinama potrebno je izračunati koeficijent toplinske vodljivosti predizolirane cijevi prema izrazu:

( )

u

v

DDL

Q

1

1

121

ln2 ⋅−

=ϑϑπ

λ [W/mK]

Pri tomu se zanemaruje utjecaj rubova i toplinskih gubitaka kroz izolaciju na tim mjestima. Utjecaji vanjske PE-HD cijevi i unutarnje čelične cijevi na iznos izračunatog koeficijenta toplinske vodljivosti su unutar točnosti mjerne linije, pa nisu uzeti u obzir.

2

Laboratorijska vježba: Određivanje koef. topl. vodljivosti predizolirane cijevi

Tablica 2 Izmjerene i izračunate veličine Iznos mjerene ili

izračunate veličine Unutrašnji promjer cijevi, D1u (m) Vanjski promjer izolacije, D1v (m) Duljina središnjeg dijela uzorka, L1 (m) Temperatura čelične cijevi na D1u , ϑ1 (°C) Temperatura izolacije na D1v izmjerena termoparom, ϑ2 (°C) Temperatura izolacije na D1v izmjerena IC kamerom na mjestu temrmopara, ϑ2IC (°C)

Srednja temp. izolacije na Div izmjerena IC kamerom, ϑ2IC,sr (°C) Emisijski faktor ε Izlazni napon transformatora U (V) El. otpor grijača R (Ω) Snaga el. grijača Q (W) Koeficijent topl. vodljivosti predizol. cijevi, λ (W/mK) 4. KOMENTAR REZULTATA I ZAKLJUČAK Navesti detalje uočene tijekom vježbe i zaključke proizašle iz analize rezultata.

3