שיפור מערכת קירור של מפעל מזון

2006-12-26T22:53:00.000-08:00

Improvement of cooling system of food factory.

AFEKA PR ME DE AP TA 1 2040 Engineering (General). Civil engineering (General)

הוגש ע"י

פקר אלכסנדר, עבודת גמר ב אפקה המכללה האקדמית להנדסה בת"א , הנדסת מכונות ומערכות

Submittet by

Paker Alexander,Final Project -Mechanical EnginiringAFEKA Tel-Aviv academic college of engineering

מנחה

ד"ר משה תשובה

Advisor

Dr Moshe Tshuva

תמצית

מטרות הפרויקט הן: לשלב בין שתי מערכות הקירור של המפעל וע"י כך נוכל להשיג גיבוי למערכת הראשית וכן הורדת טמפרטורת המים במערכת ולהוזיל בכך את עלויות השימוש כתוצאה מצריכת חשמל זול. ועוד

Abstract

The goals of project are: To combine two cooling systems of the factory and by doing so we can get a back-up system to the main system and so lower the water temperature in the system and cut down on costs of electricity usage. More…

מילות מפתח

קירור מחליף חום קרח

Keywords

refrigeration heat exchanger

תקציר

2006-11-27T00:00:00.000-08:00

במפעל "גן שמואל מזון בע"מ" קיימות מספר מערכות קירור. מערכות הקירור נועדו לקירור בתהליכי ייצור שונים ולקירור מוצרים סופיים. מערכת הקירור הראשית פועלת על עקרון "מחזור דחיסת אדים" עם גז פריאון כקרר. מערכת משנית הקיימת במערכת היא מערכת "אמבטיית קרח" . מערכת זו בנויה ממחליף חום פלטות הטבול באמבט מים, הקרר הזורם במערכת הוא אמוניה. כתוצאה מקירור האמוניה קופאים המים באמבט. היתרון הגדול של המערכת המשנית הוא באפשרות להפעיל את המערכת בלילה. מפעלים גדולים משלמים את חשבון החשמל לפי תעריף תעו"ז של חברת החשמל. לפי תעריף תעו"ז מחיר החשמל בלילה זול בצורה משמעותית ממחירו בשעות השיא. החסרון העיקרי של מערכת זו נעוץ בהיותה מערכת קטנה ובעלת זמן תגובה ארוך.לכן מערכת זו לא יכולה לשמש כמערכת ראשית למפעל.

בפרויקט זה בוצע ניתוח של מצב קיים, לימוד של תהליכי יצור ואחסון של המוצרים הסופיים, בדיקת הדרישות הטכנולוגיות לקירור התהליכים והמוצרים, הכרת מערכות הקירור הקיימות, בדיקת האפשרות לשלב בין המערכות והכנת אפיון המערכת,תיכנון הרכיבים הדרושים לשילוב בין המערכות וחישוב כלכלי לאחר השימוש המוגבר בחשמל המוזל .

Abstract

There are numerous cooling systems in the "Gan Shmuel food inc." factory. These cooling systems are meant for cooling in several different manufacturing processes and cooling final products. The main cooling system works on the "vapor compression cycle" principle with Freon gas as a cooling gas. A secondary system that exists is the "ice bath" system. This system is built of a plate heat exchanger that is immersed in a water bath. The coolant that flows in the system is Amonia. As a result of the Amonia cooling the water bath freezes. The biggest advantage of the secondary system is in its ability to use the system at night. Big factories pay the electric bill according to pricing of the electric company. According to this pricing system the cost of electricity at night is cheaper substantially than the price at the peak hours. The main disadvantage of this system is that it is a small system which has a long reaction time. Therefore this system can not be used as the main system for a factory. In this project analysis of existing cases have been done, the teaching of manufacturing and storage processes of final products, checking the technological requirements for cooling the procedures and products, getting to know the existing cooling systems, checking the possibility of combining between the systems and preparing the system specification, designing the required elements to combine between the systems and then a general calculation after the extended use in the cheapened electricity .

מטרות

2006-10-27T00:07:00.000-07:00

שילוב בין שתי מערכות קירור יאפשר השגת מספר מטרות עקריות:

1) גיבוי מערכת ראשית.
מערכת "מים קרים" המשמשת כמערכת קירור ראשית מספקת כ-250 טון קירור לשעה והיא מבוססת על שלושה מתקנים שונים אשר מספקים את המים הקרים. במקרה של תקלה של אחד המתקנים אנו לא מסוגלים לעמוד בדרישות הטכנולוגיות לקירור תהליכים ואיחסון המוצרים.

2) הורדת טמפרטורה.
מערכת "מים קרים" מסוגלת לספק מים בטמפרטורה מינימלית של 7 מעלות צלזיוס עקב עיקרון עבודת מתקני הקירור. מערכת "אגירת קרח" מספקת מים בטמפרטורה הקרובה ל - 0 מעלות צלזיוס. השילוב בין המערכות יאפשר הורדת טמפרטורת המים של המערכת הראשית.

3) הוזלת עלות.
מערכת "מים קרים" לא מסוגלת לצבור אנרגיה, דבר אשר מאלץ הפעלה קבועה של המערכת גם בשעות הפסגה בצריכת החשמל כאשר מחירו גבוה מאד. לאומת זאת עיקרון העבודה של מערכת "אגירת קרח" מאפשר לנו לצבור קרח בלילה (שעות שפל) ולהמיס אותו ביום תוך כדי חיסכון בעלות החשמל.

4) יעול ניצול מערכת "אגירת קרח".
מערכת "אגירת קרח" נבנתה עבור תהליכים ומוצרים מסוימים אשר דורשים קירור לטמפרטורות נמוכות מאוד לתקופות קצרות יחסית. לכן הניצול של המערכת נמוך.

סקר מצב קיים

2006-09-27T00:53:00.000-07:00

מערכת הקירור העיקרית, "מים קרים", מספקת מים בטמפרטורה 7°-12° לפי הדרישה לצרכנים השונים. ישנם חמישה צרכנים שונים בנוסף עוזרת למערכת מקבילה.

:הצרכנים

."מחלקת "ממברנות

.אולם יצור
."מפסטר "סמיכים
."СE" מחלקת
."מחלקת "כתש
.(עזרה למערכת מקבילה)
.מקסימום הצריכה של כל הצרכנים במקביל : 250-270 טון קירור לשעה

:ספקי מים קרים

מתקן "איאקס" - מערכת העובדת על עיקרון של "מחזור דחיסת אדים". הספק-100 טון קירור לשעה .
מתקן "קרייר"- העובד על עיקרון של "מחזור דחיסת אדים". הספק-50 טון קירור לשעה.
מתקן מחליף חום פלטות (מצנן אמוניה). זהו "מחזור דחיסת אדים" העובד עם גז אמוניה הספקו 100 טון קירור לשעה.

תאור סכמאתי של מצנן אמוניה

השימוש בשני המתקנים הראשונים יקר בגלל כמה סיבות:

1) אין אגירת אנרגיה(בניגוד להסברים על מערכת נוספת בהמשך)-שימוש בחשמל כל הזמן,כולל שעות הפסגה.
2) קירור המתקנים נעשה על ידי מים קרים – עומס נוסף על מתקנים עצמם.
3) כל תקלה מטופלת על ידי טכנאי חברת היצרן- לוקח הרבה זמן.
5) תחזוקה יקרה.
6) עבודה בלחצים גבוהים-צריכה מוגברת של חשמל.

למרות החסרונות והעלויות הגבוהות ,המתקנים מאוד נוחים להרכבה בשטח ונכנסים לעבודה מיידית.

לפני כמה שנים עם כניסת לקוחות חדשים (שוק יפני) במפעל נוצר צורך לספק מים בטמפרטורה הקרובה לאפס מעלות בהספק - 100 טון קירור לשעה. חלק מהמוצרים החדשים חייבים להיארז בטמפרטורה של 5°. מערכת הקירור שהייתה קיימת אז, היא המערכת שמתוארת מעלה והיא לא עומדת בדרישות הטכנולוגיות-מינימום 7°.
במערך בתי הקירור יש עודף תפעולי ליצור אנרגית קירור.על סמך הנתונים האלה הוחלט להתקין מתקן אגירת קרח אשר מקבל את האנרגיה ממדחסי הקירור הקיימים(אדי אמוניה בטמפרטורה של עשר מעלות מתחת לאפס). המערכת הזאת עובדת חודשים ספורים במשך השנה רק עבור מוצרים מסוימים.לכן הניצול של המערכת נמוך.

מתקן אגירת קרח בהספק מקסימאלי 126 טון קירור לשעה צורך ממערכת מדחסים 100 כוחות סוס עבור כל 60 טון קירור לשעה.

יתרונות המערכת:

1) שימוש במדחסים עם כמה דרגות המונעים על ידי מנועים גדולים-קירור אוויר.
2) תחזוקה יחסית זולה.
3) קבלת מים בטמפרטורה הקרובה לאפס מעלות.
4) אגירת קרח בעיקר בלילה כאשר מחיר החשמל יורד פי 3 ביחס למחירו בפסגה.

חסרונות המערכת:
1) מערכת יחסית קטנה.
2) לוקח זמן לצבור קרח לכן הכניסה לעבודה לא מיידית.

שני חסרונות אלו מונעים מהמערכת מלשמש כמערכת עיקרית במפעל. אבל עלה הרעיון לשלב בין שתי המערכות בעזרת מחליף חום. בזאת נוכל להשיג כמה מטרות :
1) גיבוי למערכת הראשית (סיבה עיקרית).
2) הורדת טמפרטורת המים במערכת הראשית.
3) שימוש באנרגיה (קרח) האגורה בלילה( שעות גבע ושפל), כך נפחית שימוש בחשמל היקר בשעות הפסגה.

אפיון פונקציונאלי

2006-08-07T04:56:00.000-07:00

הצגה מפורטת של המערכות הקיימות

מערכת "מים קרים" ורכיביה

ספקי מים קרים:
1) מתקן "איאקס" - מערכת העובדת על עיקרון של "מחזור דחיסת אדים".הספק-100 טון קירור לשעה.משאבת הזנה-משאבה צנטריפוגלית המספקת כ-50 טון מים לשעה.
2) מתקן "קרייר"- העובד על עיקרון של "מחזור דחיסת אדים".הספק-50 טון קירור לשעה. משאבת הזנה-משאבה צנטריפוגלית המספקת כ-30 טון מים לשעה.
3) מתקן מחליף חום פלטות (מצנן אמוניה). הספק-100 טון קירור לשעה. משאבת הזנה-משאבה צנטריפוגלית המספקת כ-50 טון מים לשעה.

הצרכנים:
1) מחלקת "ממברנות"- משאבת הזנה -משאבה צנטריפוגלית המספקת כ-50 טון מים לשעה.
2) אולם יצור- משאבת הזנה-משאבה צנטריפוגלית המספקת כ-30 טון מים לשעה.
3) מפסטר "סמיכים"- משאבת הזנה-משאבה צנטריפוגלית המספקת כ-50 טון מים לשעה.
4) מחלקת "סי-אי" - משאבת הזנה-משאבה צנטריפוגלית המספקת כ-30 טון מים לשעה.
5) מחלקת "כתש"- משאבת הזנה-משאבה צנטריפוגלית המספקת כ-30 טון מים לשעה.
6) מחליף חום פלטות המהווה עזרה למערכת קירור מקבילה(מערכת קירור קטנה שעובדת עבור תהליך יצור מסוים). משאבת הזנה-משאבה צנטריפוגלית המספקת כ-70 טון מים לשעה.

כל הצרכנים ביחד צורכים כ-250 טון קירור לשעה.

עיקרון העבודה של המערכת
הרכיב המקשר בין ספקי המים הקרים לבין הצרכנים זאת בריכת מים. הבריכה מחולקת לשני חצאים עד שליש הגובה, באופן כללי הבריכה עובדת על ממוצע טמפרטורות
לצורך ההסבר נשתמש בתיאור סכמאטי ונניח שהבריכה מחולקת לשניים פיזית-במציאות זאת אותה הבריכה עם טמפ' ממוצעת.

ספקי המים הקרים האלה מסוגלים לתת מים בטמפרטורה מינימאלית של 7 מעלות.
טמפרטורת המים שעברו דרך הצרכנים מגיעה ל- 15-16מעלות.

שני הנתונים האלה דינאמיים ותלויים בכמה גורמים:
1) טמפרטורת הסביבה-למרות הבידוד קיימת התופעה של מעבר חום עם הסביבה.
2) מספר הצרכנים העובדים באותו הרגע.
3) מספר הספקים של המים הקרים העובדים באותו הרגע.

מערכת "אגירת קרח" ורכיביה

הרכיב העיקרי של המערכת היא בריכת אגירת קרח. הבריכה מחולקת ל-5 תאים.
פירוט טכני של תא בודד:
התא כולל קבוצה של 7 פלטות (תא מס' 5 כפול בגודל) לאגירת קרח, (דרך הפלטות זורם גז אמוניה). גודל הפלטה: 1.25*3 מטר-עובי קרח נדרש כ-40-50 מ"מ.

:תפוקת המערכת
כל פלטה - 3 טון קירור.כל תא: 3 * 7 --> 21 טון קירור לשעה (תא מס' 5 - 3 * 14 --> 42 טון קירור לשעה).

.כל המערכת – 126 טון קירור

מבט על (4 תאים)

מבט פנים(2 תאים)

הצרכנים:

1) מיץ מהסחיטה- מחליף חום.
2) "צנטריפוגה".
3) קו אריזה "קפואים".
4) מחליף חום " APV".

בנוסף לצרכנים קיים קו נוסף-"קו עוקף צרכנים". כאשר עובד צרכן בודד, הוא לא מסוגל לקלוט את כל המים שהמשאבה מספקת. לכן נוצר לחץ גבוה בקו שגורם לפתיחה של ברז מפוקד המפנה את עודפי המים לקו העוקף.ברז זה נפתח גם בתחילת העבודה בכדי למנוע היווצרות לחצים גבוהים, או מצב של חוסר תאום בין הברזים השונים.

לעומת המערכת הקודמת, במערכת "אגירת הקרח" אין משאבת הזנה נפרדת לכל צרכן, במערכת זו קיימת משאבה צנטריפוגלית אחת שמפעילה את כל מחזור הקירור. כל צרכן מחובר למערכת עם ברז מפוקד שנפתח לפי דרישת הקירור של אותו הצרכן.

נתוני המשאבה

עיקרון העבודה של המערכת

במערכת הקודמת ראינו שהבריכה מחולקת לשני חצאים, מים קרים ומים חמים, לעומת זאת במערכת "אגירת קרח" המים החמים שחוזרים מהצרכנים נכנסים לתוך הבריכה דרך הממטרות הממוקמות בחלקה העליון של הבריכה, (שירטוט של מבט פנים של שני תאים). תוך כדי המגע עם הקרח הנצבר על הפלטות המים מתקררים ויורדים לתחתית הבריכה בה ממוקמת משאבת ההוצאה.

חלופות

2006-07-07T05:12:00.000-07:00

מטרת הפרויקט היא לתת גיבוי למערכת קירור ראשית, ("מים קרים") וגם להוריד את טמפרטורת המים. עד עכשיו התמקדנו ברעיון הכללי של הפרויקט- שילוב בין שני מערכות הקירור: "מים קרים" ו"אגירת קרח". אבל קיימות עוד אלטרנטיבות לפתרון הבעיה שיכולות לתת מענה לדרישות שהצבנו.

נפצל את הבעיה לשניים:

גיבוי המערכת "מים קרים":

נוכל להוסיף כמה יחידות של צ'ילרים,כמו "איקס" או "קרייר"

יתרונות של הצ'ילרים כגיבוי:
· המערכת כיחידה אחת שמוכנה מיידית לעבודה.
· התקנת המערכת מהירה ופשוטה.

חסרונות של הצ'ילרים כגיבוי:
· השקעה גדולה במערכת שמופעלת לעיתים רחוקות.
· תחזוקת המערכת יקרה.
· אין אגירת אנרגיה- שימוש בחשמל גם בשעת שיא.

הורדת הטמפ' של מערכת הקירור:

המגבלה העיקרית בטמפ' הקירור של המערכת היא קפיאת המים וגם הגדלת הנפח של המים בטמפ' השואפת לאפס מעלות, לכן ננסה להוריד את נקודת הקיפאון של המים.

גליקול-חומר שומני (כמו מלח) בריכוז של 30% מוריד את נקודת הקיפאון של המים ל- °5- . אבל באותו זמן אנחנו מקבלים הרבה אפקטים שליליים:

· התפוקה של המערכת יורדת באותו אחוז כמו ריכוז הגליקול בגלל הלחצים הנמוכים.
· הטיפול במערכת מסובך.
· בקרה קפדנית-חובה לשמור על אחוז קבוע של גליקול ,אחרת קיימת סכנת
פיצוץ המערכת.

עקב כל החסרונות והבעיות שהוזכרו מעלה ועקב הסיבה שכבר קיימת מערכת שלא מנוצלת במלוא כוחה, (מערכת "אגירת קרח"), המפעל לא מעוניין להשקיע כספים ומשאבים נוספים. לכן הוחלט להמשיך עם הרעיון של שילוב בין מערכת "מים קרים" ומערכת "אגירת קרח".

תכנון ראשוני

2006-06-07T05:15:00.000-07:00

הרכיב העיקרי שבעזרתו נוכל לשלב בין המערכות זה הוא מחליף החום. נבדוק סוגים שונים של מחליפי חום ונראה

את החסרונות והיתרונות:

מחליף חום בצורה של תרמיל וצינורות עם זרימה נגדית

מחליף חום בצורה של תרמיל וצינורות עם זרימה מקבילה

מחליף חום בצורה של תרמיל וצינורות עם זרימה משולבת

מחליף חום פלטות

למחליף חום פלטות כמה יתרונות בולטים:

1) בעל נפח ומשקל קטנים יחסית למחליפי חום מסוג צינורות בעלי ביצועים זהים.

2) מידות קטנות מהוות הורדת הוצאות עבור חומר גלם לבניית המחליף חום, (נירוסטה,טיטניום וכ"ו).

3) פשטות פירוק והרכבה מקלים על תהליכי ניקיון והחזרת המתקן לעבודה.

4) זרימה טורבולנטית בין הפלטות מקטינה אפשרות היווצרות סתימות והצטברות משקעים בין הפלטות.

5) פלטות עם גיאומטריות שונות מאפשרות להגיע למעבר חום מדויק לפי הדרישות של המערכת.

6) מספר פלטות בתוך השבלונה ניתן להוספה או הורדה הדבר מאפשר לעבוד בתנאים שונים ועבור דרישות שונות.

על סמך כל היתרונות האלו וגם העובדה שלמפעל ניסיון רב עם מחליפי חום מסוג זה, הוחלט לפתח את הפרויקט על בסיס מחליף חום פלטות.בהמשך נוודא שהבחירה היתה נכונה על סמך תכנון מפורט והצעות מחיר.

בעזרת התיאורים סכמאטיים נוכל לראות פתרונות אפשריים להכנסת מחליף החום.

אפשרות מס' 1

הרכיבים הדרושים לביצוע הפרויקט:
1. מחליף חום.
2. משאבת הזנה של "מים קרים".
3. ברז מפוקד להזנה של "מי קרח".
4. צנרת פלסטיק מבודדת ( ˝4).
5. מדי טמפ'.
6. מערכת בקרה (על ידי מהנדסי המפעל).

אפשרות מס' 2

באלטרנטיבה הזאת ננסה לצמצם את מספר הרכיבים הדרושים בעזרת השימוש ברכיבים הקיימים במערכות העובדות. ישנה אפשרות להשתמש באחד הצרכנים של מערכת "מים קרים", זהו מחליף חום המהווה עזרה למערכת המקבילה. הסיבה לבחירה בצרכן הספיציפי הזה הן:מ

1) משאבת ההזנה שלו הכי חזקה בין כל הצרכנים.
2) מיקומו הפיזי של הצרכן הזה מאפשר לחסוך בצנרת, כי הוא נמצא
קרוב יחסית למערכת "אגירת קרח".

לכן לטובת ההסבר אני מפריד את מחליף החום מכלל הצרכנים:

הרכיבים הדרושים לביצוע הפרויקט:
1. מחליף חום .
2. ברז מפוקד להזנה של "מי קרח".
3. צנרת פלסטיק מבודדת ( ˝4).
4. מדי טמפ'.
5. מערכת בקרה (על ידי מהנדסי המפעל).

ניתן לראות שתי האפשרויות מאוד דומות אבל נעדיף את האפשרות מס' 2 בגלל כמה סיבות:

· חיסכון במספר הרכיבים הדרושים לביצוע הפרויקט- שימוש במשאבת ההזנה של אחד הצרכנים הקיימים.

· חיסכון בצנרת – נצטרך להוסיף רק קו שיוביל את מי קרח למחליף חום וחזרה לבריכת קרח וקו קצר שיחבר בין מחליפי החום.

· פשטות העבודה עקב הכנסת מספר מצומצם של רכיבים.

· הפחתה של שעות העבודה בזמן בנית המערכת.

כל אלה גורמים להוזלת הפרויקט וזאת הסיבה העיקרית לבחירה באפשרות מס' 2.

תכנון מפורט

2006-05-07T05:20:00.000-07:00

בפרק הזה נעסוק בתכנון המפורט של המערכת ורכיביה, חישובים, שירטוטים והוראות ההרכבה. נחלק את הפרק לשמונה תת פרקים:
1. מחליף חום.
2. צנרת ובידוד.
3. ברזים ומפעילים.
4. חישובי הפסדים.
5. מדי טמפרטורה חשמליים.
6. ממשקי המשתמש.
7. חישוב עלות הפרויקט.
8. חישוב נקודת איזון כלכלית.

מחליף חום

מטרות הפרויקט הן לתת גיבוי למערכת "מים קרים" ולהוריד את הטמפרטורה שלה. לכן נרצה לנצל את כל היכולת של המערכת "אגירת קרח".כמו שהוזכר בפרקים הקודמים התפוקה המקסימלית של ארגז הקרח היא 126 טון קירור לשעה. נצא מניקודת ההנחה שאנו מעבירים את כל האנרגיה למערכת "מים קרים"-זה אומר שהיא הצרכן היחיד באותו רגע.בשלב החישובים לא נתמקד בסוג מסוים של מחליף חום, רק בשלבים יותר מתקדמים נעשה זאת על סמך גורמים רבים, כגון: התאמה לדרישות,גודל מינימלי, עלות נמוכה, איכות מספקת.
נפתח את הנוסחאות עבור מחליף חום מסוג צינורות קונצנטריים, כי זהו הבסיס לכל סוג של מחליפי החום:

לאורך הצינורות נקבל פילוג טמפרטורות הבא:

החום הנפלט מהזורם החם:

.........................................................................................................................................................................

החום הנקלט בזורם הקר:

.........................................................................................................................................................................

הנחה: מעבר חום של %100,לכן:

.........................................................................................................................................................................

כאשר את כל החישובים נעשה לפי הצינור הפנימי. הסעה פנימית, הולכה דרך הצינור והסעה חיצונית :

בסופו של דבר נקבל:

.........................................................................................................................................................................

LMTD- The Logarithmic Mean Temperature Difference.

F-LMTD correction factor for a cross-flow heat exchanger with both fluids unmixed.

.........................................................................................................................................................................

עבור זרימה מקבילה:

.........................................................................................................................................................................

עבור זרימה נגדית:

.........................................................................................................................................................................

בשלב הזה נוכל לחשב את כל הטמפרטורות הרלוונטיות. נניח שהמים מהמערכת "אגירת קרח" מגיעים בטמפ' ממוצעת של מעלה אחת. אנו יודעים שאותם המים מתחממים תוך כדי המעבר דרך מחליף החום, לכן נשתמש בנתונים החשובים עבור טמפרטורה של שתי מעלות מהטבלה מס' 1:

.........................................................................................................................................................................

ספיקה מסית של "מי קרח":

........................................................................................................................................................................

ההספק הדרוש ממחליף החום:

.........................................................................................................................................................................

כעת נוכל לחשב את טמפרטורת "מי הקרח" ביציאה:

.........................................................................................................................................................................

נחזור על אותם החישובים עבור המערכת "מים קרים".הטמפרטורה הממוצעת בכניסה למחליף החום כעשר מעלות סלזיוס.תוך כדי המעבר דרך המערכת המים מקררים, לכן לכן נשתמש בנתונים החשובים עבור טמפרטורה של שבע מעלות מהטבלה מס' 2:

.........................................................................................................................................................................

ספיקה מסית של "מים קרים":

.........................................................................................................................................................................

כעת נוכל לחשב את טמפרטורת "מים קרים" ביציאה:

.........................................................................................................................................................................

חישוב ממוצע הטמפרטורות הלוגריתמי עבור זרימה נגדית:

.........................................................................................................................................................................

מציאת מקדם התיקון מתוך הגרף מס' 1:

........................................................................................................................................................................

בשלב הזה נחשב את מקדם מעבר החום הכולל המבוסס על השטח הפנימי של הצינור הפנימי. שני הנעלמים העקריים במשוואה הם מקדמי ההסעה (מקדם הסעה פנימית ומקדם הסעה חיצונית).

הסעה

מעבר חום בהסעה הינו מעבר חום בין משטח לזורם. המשוואה המתארת מעבר חום היא משוואת ניוטון לקירור:

ישנן מספר צורות של מעבר חום בהסעה: הסעה חופשית, הסעה מאולצת, עיבוי ורתיחה. כמו כן מקדם ההסעה תלוי במספר גורמים: תכונות הזורם, גיאומטרית המצב, שדה הזרימה, הפרש הטמפרטורות והתנאים התרמיים.

גם כאן (כמו בהולכה) ניתן להשתמש באנלוגיה חשמלית וההתנגדות התרמית:

הבעיה במעבר חום בהסעה יחסית למעבר חום בהולכה הינה במציאת מקדמ ההסעה. בעוד שבהולכה מקדם מעבר החום קבוע יחסית וניתן לאתר בטבלאות הרי שאת מקדם ההסעה יש צורך לחשב בעזרת נוסחאות אמפיריות וכמעט תמיד תהיה יותר ממשוואה אחת שיכולה להתאים למקרה נדון.

לפני שניכנס בצורה יותר מעמיקה למשוואות המתארות את מקדם מעבר החום בהסעה יש צורך בהגדרת מושג הנקרא מספרים לא ממדיים.

מספרים לא ממדיים או קבוצות חסרות מימד הנם קבוצות של מספרים שתרכובתם יחד חסרת מימד אך בעלת חשיבות שכן היא מציינת יחס מסוים. למשל:

מספר רינולדס הינו מספר חסר מימד המציין את היחס בין כוחות האינרציה לכוחות הצמיגות בנוזל.

.........................................................................................................................................................................

מספר נוסלט הינו חסר מימד המציין את היחס בין יכולת הסעת החום של הזורם ליכולת ההולכה שלו.

.........................................................................................................................................................................

מספר פרנטל הינו מספר חסר מימד המציין את היחס בין צמיגות הזורם לדפיוסיביות שלו.

.........................................................................................................................................................................

מספר גראשוב הינו מספר חסר מימד המציין את היחס בין כוחות הציפה לכוחות הצמיגותיים בזרימה בהסעה חופשית.

.........................................................................................................................................................................

הערה: לגבי כל המקומות בהם מצויין D, זהו אורך אופייני ובמקרה שלנו זה הקוטר של הצינור.

הסעה מאולצת

הסעה מאולצת היא הסעה הנגרמת מזרימה מאולצת על משטח, במקרה שלנו זרימת זורם בצינורות.מכיוון שפתרון אנליטי של משוואות הזרימה ( משוואות נווי-סטוקס ) אינו קיים ולהוציא מספר מקרים מיוחדים אין אפשרות לפתור את בעיות הסעה מאולצת בצורה מדויקת. לכן הדרך לפתור בעיות בתחום של הסעה מאולצת היא ע"י הסתמכות משולבת של ניתוח אנליטי ותוצאות ניסיוניות. תוצאות אלו מוגשות לנו בטבלאות , דיאגרמות או משוואות המתארות את התוצאות. בכדי להגיע לכלליות הגדולה ביותר נהוג להשתמש במספרים לא ממדיים ע"מ לתאר תוצאות הניסוים.

משוואה כללית לאפיון הסעה מאולצת שבה נשתמש בהמשך היא:

.........................................................................................................................................................................

למשל עבור זרימה בצינור נקבל:

עבור תצורות זרימה וגיאומטריות שונות נשתמש בטבלה מס' 3.

כפי שראינו קודם אנו חייבים לדעת גיאומטריה מדויקת על מנת שנוכל לחשב את מקדמי ההסעה. לכן נעזר בטבלאות היצרן של מחליפי החום. לדוגמה ניקח את את הטבלה של "Tetra Pak" ונעשה את החישובים עבור הדגם הבא: MTR-154/19*25-6
המידות הרלוונטיות לחישובים:
מספר הצינורות הפנימיים: 19
קוטר פנימי של צינור פנימי: 25 מ"מ
עובי צינור פנימי: 1.2 מ"מ
אורך של מודול בודד(ניתן להרכיב כמה בטור): 6 מ'
שטח מעבר חום של מודול בודד: 8.52 מ"ר
גם הצינורות הפנימיים והחיצוני עשוים מ-AISI 316

נניח שדרך הצונורות הפנימיים יזרום הזורם המתקרר ( "מים קרים" ). נעשה את חישוב הספיקה העוברת דרך צינור פנימי בודד:

.........................................................................................................................................................................
שטח חתך של צינור פנימי בודד:

........................................................................................................................................................................
מהירות הזרימה בתוך הצינור:

.........................................................................................................................................................................
חישוב מספר רינולדס:

........................................................................................................................................................................
כעת נוכל לחשב את מספר נוסלט בעזרת משוואה כללית לאפיון הסעה מאולצת עבור זרימה בתוך צינור:

........................................................................................................................................................................
כרגע יש לנו את כל הנתונים בשביל החישוב של מקדם ההסעה הפנימית:

........................................................................................................................................................................
בחישוב של מקדם הסעה חיצונית נניח בקירוב שהמים המתחממים ( "מי קרח" ) זורמים בניצב לצינורות הפנימיים. המים נכנסים לתוך מחליף החום דרך צינור בקוטר של 100 מ"מ(מתוך הטבלה של "Tetra Pak").
חישוב מהירות הזרימה:

.........................................................................................................................................................................
חישוב מספר רינולדס:

.........................................................................................................................................................................
חישוב מספר נוסלט לפי קורלציה מתאימה מתוך טבלה מס' 3:

.........................................................................................................................................................................
נחשב את מקדם ההסעה החיצונית מתוך הנוסחה של מספר נוסלט:

......................................................................................................................................................................... הנתון האחרון שחסר לנו על מנת שנוכל לחשב את מקדם מעבר חום כולל U הוא מקדם ההולכה ב-AISI 316. נוכל להוציא אותו מתוך טבלה מס' 4:

.........................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................
השלב האחרון בחישוב מחליף החום הוא חישוב שטח מעבר חום כולל. לאחר שנמצא את השטח נוכל לבחור מספר מתאים של מודולים שיאפשרו מעבר חום דרוש.

........................................................................................................................................................................
כפי שראינו מהטבלה של Tetra Pak כל מודול בעל שטח מעבר חום של 8.52 מ"ר, לכן אנו חייבים להרכיב בטור לפחות 10 מודולים כדי להבטיח מעבר חום של 441000 ואט.

בפרק "תכנון ראשוני" הוחלט לפתח את הפרויקט על בסיס מחליף חום פלטות עקב יתרונותיו הרבים בתחום של לחצים נמוכים במעבר חום בין מים למים. כרגע עומדת לפנינו בעיה חדשה, כי לפלטות גיאומטריות שונות ומסובכות ,עובי פלטות שונה, רווחים בין הפלטות שונים. לכן פתרון אנליטי עבור מקדמי הסעה אינו קיים. כל ייצרן מגיע לנתונים ותוצאות בצורה ניסיונית עבור סוג מסוים של מחליף חום שהוא מייצר. לכן ביקשנו הצעת מחיר עבור מחליף חום פלטות משלושה ייצרנים שונים עבור דרישות טכניות הבאות:
1) תפוקה:126 טון קירור לשעה(441000 ואט או 378000 קקל"ש).
2) מים מתקררים מ-10 מ"צ בספיקה של 70 מקל"ש.
3) מים מתחממים מ-1 מ"צ בספיקה של 60 מקל"ש.
4) עמידות בתקן.

Tetra Pak
הצעה מס'1 מחליף חום פלטות Tetra Plex

למפרט מלא והוראות התקנה לחץ כאן.

הצעה מס' 2 מחליף חום צינורות Tetra Spiraflo Tubular Heat Exchanger

למפרט מלא והוראות התקנה לחץ כאן.

על סמך שתי ההצעות האלה נוכל עוד פעם להצדיק את בחירתנו במחליף חום פלטות. ניתן לראות 3 חסרונות בולטים של מחליף חום צינורות (עבור הדרישות שהצבנו):
1) לחצים גבוהים-אי התאמה לצנרת הקיימת והמשאבות הפועלות לפי העקומה המתאימה לעומד כ-30 מטר.
2) מימדים פיזיים- אורך 6 מטר.
3) מחיר גבוה מאוד.

מפעלי מתכת קרשין-שלו בע"מ
הצעה מס'3

גולד-בר מהנדסים בע"מ
הצעה מס' 4

הצעה מס' 5

לאחר ניתוח קפדני של כל ההצעות שהתקבלו הוחלט לפסול את ההצעות של Tetra Pak בגלל המחיר הגבוה ומפלי הלחץ הגבוהים על מחליפי החום, דבר אשר מחייב החלפת משאבות הזנה של שתי המערכות("מים קרים" , "אגירת קרח").
ההצעות של "מפעלי מתכת קרשין-שלו בע"מ" ו"גולד-בר מהנדסים בע"מ" דומות מאוד ועומדות בכל הדרישות. למרות שמחיר ההצעה של "גולד-בר מהנדסים בע"מ" נמוך יותר, החלטנו לקבל את ההצעה מס' 3 כי למפעל נסיון רב עם הציוד המסופק ע"י "מפעלי מתכת קרשין-שלו בע"מ". בשנות 2000 ו-2005 נרכשו שני מחליפי חום מאותו דגם והם עובדים בצורה יוצאת מן הכלל במשך שנים.

צנרת ובידוד
צנרת
במפעל נהוג להשתמש בצינורות PVC להדבקה עבור קוי מים המשרתים תהליכים רבים. בפרק "תכנון ראשוני" החלטנו לנצל את הקו(4 אינץ') המוביל לאחד הצרכנים של מערכת "מים קרים". זהו מחליף חום הממוקם בקירבה לקו של המערכת "אגירת קרח", בזאת נוכל לחסוך בצנרת. את מחליף החום החדש נצמיד לצרכן הקיים ונקשר ביניהם בעזרת קו מאוד קצר.
כרגע נתרכז בבחירת הצנרת המתאימה לקו שיקשר בין הקו הראשי של "אגירת קרח" למחליף חום והקו שמחזיר את המים המתחממים לקו המוביל חזרה לבריכת קרח. אורך של כל קו כ-30 מטר. מדידה יותר מדויקת נעשה בהמשך כאשר נחשב את ההפסדים בצנרת. לפי הטבלה מס' 5 קוטר הצינור המתאים לדרישות שלנו הוא 4 אינץ'. בחרנו בשורה של הפסד מקסימלי כי זהו ההפסד בהעברה ספיקה מסוימת למרחק אינסופי. במקרה שלנו הקו קצר מאוד ולכן נוכל להשתמש בקוטר המינימלי עבור הספיקה של משאבת ההזנה של "אגירת קרח" (60 טון לשעה).
המשאבה מתוכננת לתת את אותה הספיקה בעומד של 30 מטר (3 אטמ') , אבל אסור לנו לשכוח את התופעה הנקראת "פטיש הלחץ". כאשר סוגרים ברז בפתאומיות, אזי המים נעצרים והם גורמים למפל לחץ אדיר על הצינורות. הלחץ עולה פי 3 מעל הערך הרגיל ולכן אנו חייבים להשתמש בצינורות העומדים בלחץ של 9 אטמ'.נבחר בצנרת PVC -דרג 10,לחץ עבודה מירבי 10 אטמ'.

תאור סכמאתי של קוים מתוכננים:

מפתח:
1) מחליף חום.
2) קו חזרה ל"ארגז קרח".
3) קו כניסה של "מי קרח".
4) קו כניסה של "מים קרים" המגיע מהצרכן של מערכת "מים קרים.
5) קו חזרה לבריכת "מים קרים".
6) קו חזרה ראשי ל"ארגז קרח".
7) קו ראשי של "מי קרח".

בנוסף לצנרת PVC נשתמש במגוון רחב של אבזרים. הייצרן הגדול של אבזרי PVC הינו מפעל "פלסאון", נעזר בקטלוג על מנת שנוכל לבחור רכיבים מתאימים:

1) מצמד מופה/הדבקה-חיבור צינורות.................................. 2) הסתעפות/הדבקה

3) זווית/הדבקה ...................................................................4) אוגן חופשי

5) מעבר אוגן/הדבקה ..........................................................6) גומיה שטוחה למחברי אוגן

הערה: כל האבזרים והאוגנים לצנרת PVC מתאימים למערכות צנרת הפועלות בלחץ עד 16 בר.

בידוד
סוג הבידוד הנפוץ עבור צנרת נוזלים קרים הוא פוליאוריטן מוקצף. את עובי הבידוד הדרוש נוכל להוציא מתוך הטבלה מס' 6. זוהי טבלה הכוללת גם את מחיר החומרים(אטימה+פח לבן/כחול) וגם העבודה לפי מטר אטימה רץ (מ"א) על פי המחירון של החברה המתמחה בבידוד צנרת- "ב.פ. בידוד פרוייקטים בע"מ".
תוספת למחירים:
קשת, אוגן, קונוס = 1 מ"א.
ברז, צינור גמיש = 2 מ"א.
רוזטה, מכסה = 0.5 מ"א.

שירטוט של צינור מבודד עם תמיכה:

שירטוט מפורט עם חתך:

מפתח:
1) תמיכה.
2) קובית עץ למניעת מעיכה של המבודד.
3) צינור PVC.
4) פוליאוריטן מוקצף.
5) פח.

את המרחק בין התמיכות קובעים על פי הטבלה מס' 7 עבור צינורות בקוטר "4 דרג 10.

ברזים ומפעילים
לפי התכנון הראשוני אנו חייבים לשים ברז מפוקד בקו המוביל מהמערכת "אגירת קרח" כי כל הצרכנים מוזנים ע"י משאבה אחת והברזים המפוקדים מפנים את המים לצרכן הרצוי. בנוסף אנחנו חייבים להתקין ברזים ידניים בכל כניסה ויציאה ממחליף החום. הסיבה לכך היא שבמקרה של תקלה או טיפול במחליף החום צריך להפריד(למנוע הגעת מים) אותו מכלל המערכת, זאת ניתן להשיג רק י"ע התקנת ברזים. מכיוון שמחליף החום יעמוד בטור עם מחליף חום נוסף(צרכן של מערכת "מים קרים"), אזי נוכל להשתמש בחלק מהברזים שהותקנו קודם.
מצב קיים:

מצב סופי לפי התכנון:

בצורה כזאת אנו משתמשים בשני ברזים קיימים ונצטרך להוסיף עוד שני ברזים-ברז מפוקד וברז ידני.

קיימים סוגים רבים של ברזים, שני הסוגים הנפוצים ביותר בצנרת מים הם:
1) ברז כדורי

2) ברז פרפר

ברזים כדוריים מיועדים ללחצים גבוהים ואטימות מושלמות, לכן הם גם הרבה יותר יקרים מברזים פרפריים. אבל המערכת שלנו מתוכננת לעבוד בלחצים יחסית נמוכים - 10 בר במקרה של "פטיש הלחץ" ו- 3 בר במצב עבודה מתמיד. זה אומר שהברז מסוג פרפר יכול לעמוד בכל הדרישות ובנוסף הוא מאוד קל להרכבה או החלפה בזכות המבנה שלו.
אחד הספקים הגדולים של אביזרי צנרת שאיתו עובד המפעל הוא "נופים". לפי הקטלוג שלהם בחרנו שני ברזים שיתאימו לצנרת של "4:
1) ברז ידני ..............................................................................2) ברז עם הכנה למפעיל פניאומאטי

בשלב הבא נבחר מפעיל שיאפשר לנו שליטה בברז בעזרת לחיצת כפתור במחשב של העובד. המפעיל המתאים לברז מסוג זה הינו מפעיל תוצרת Norbro.

עיקרון העבודה:
ישנן שתי כניסות אוויר, כל כניסה גורמת לסיבוב של הציר המחובר לציר הברז. הכנסת אוויר בלחץ דרך כניסה מס'1 גורמת לפתיחה של הברז תוך כדי סיבוב נגד כיוון השעון, הכנסת אוויר דרך כניסה מס' 2 גורמת לסגירה של הברז תוך כדי סיבוב עם כיוון השעון. האוויר מגיע משסתום חשמלי המקבל את הפקודות מהבקר.
על מנת שנוכל לבחור בגודל המפעיל הנכון אנחנו חייבים לדעת שני פרמטרים: מומנט דינמי הדרוש לסיבוב הברז ואת לחץ האוויר המגיע מהשסתום. מתוך הטבלה מס' 8 ניתן לראות שהמומנט הדרוש הוא 40 Nm. לחץ האוויר המסופק לכל הצרכנים במפעל הוא כ-4.5 בר. כעת נוכל לבחור מפעיל מתאים על פי הטבלה מס' 9.

שירטוט התקנת הברז:

מפתח:
1) ברז פרפר.
2) מעבר אוגן/הדבקה.
3) אוגן חופשי.
4) צינור PVC.
5) בורג.

חישוב הפסדים
בפרק הזה אנחנו נתמקד בשני סוגים של הפסדים- הפסדים מכניים עקב זרימה בצנרת והפסדים תרמיים לסביבה.

הפסדים מכניים
ההפסדים המכניים מורכבים משני גורמים עיקריים:
1) הפסדים אורכיים עקב חיכוך בצנרת. את ההפסד מחשבים לפי הנוסחה של דארסי-ויסבאך
v-מהירות זרימה ממוצעת בצינור.
l-אורך הציניר.
d-קוטר הצינור.
f-מקדם חיכוך בין הזורם לצינור.

2) הפסדים מקומיים הנוצרים עקב הפרעה מקומית בקו הזרימה. החישוב נעשה לפי הנוסחה הבאה

........................................................................................................................................................................
נוסחה כללית לחישוב ההפסדים:

.........................................................................................................................................................................

k- מקדם ההפסד עבור אביזרים שונים. את ערכו נוציא מהספרות:

ניתן לראות שגם מקדם ההפסדים המקומיים תלוי במקדם החיכוך, אותו נוכל למצוא בהתאם למשטר הזרימה. בפרק של חישוב מחליף החום חישבנו את מהירות הזרימה עבור ספיקה של 60 טון לשעה דרך צנרת של "4 V=2.13m/sec. כעת נוכל לחשב את מספר רינולדס:

לפי מספר רינולדס קיבלנו זרימה טורבולנטית מפותחת. ידוע גם שצינורות עשוים PVC נחשבים לחלקים הידראולית, לכן על פי דיאגרמת מודי מתקבל f=0.027.

בשלב הזה נוכל לחשב את ההפסדים, את מספר וסוג האביזרים הגורמים להפסדים מקומיים נוכל לראות מתוך השירטוט של קווים מתוכננים. אורך הקווים לפי אותו השירטוט כ- 60 מטר:

ההפסד המכאני שהתקבל עומד בדרישות- משאבות ההזנה מתוכננות לתת ספיקות נתונות לעומד של 30 מטר.

הפסדים תרמיים
נחשב הפסדים רק עבור הקו המחבר בין מחליף החום לקו הראשי של מי קרח, כי הפסד החום בקו חזרה ממחליף החום פחות חשוב לנו. נתמקד בחתך הבא:
מפתח:
A- צינור PVC.
B- פוליאוריטן מוקצף.
Ti- טמפ' של המים, כמעלת סלזיוס אחת.
T3- טמפ' על פני הבידוד (הזנחנו את השיכבה של הפח המכסה את הבידוד כי אין לה השפעה על מאזן תרמודינמי עקב מוליכות תרמית גבוהה).
To- טמפ' הסביבה, כ-30 מעלות סלזיוס.
r1=50 mm=0.05m
r2=55 mm=0.055m
r3=55mm+3"=0.1312m

את החום העובר לסביבה נוכל לחשב לפי משואת ניוטון לקירור:
הנעלמים בנוסחה הם מקדם הסעה וטמפרטורה על פני הבידוד. במקרה הזה מדובר בהסעה חופשית המאובחנת כתנועת הזורם (אוויר) בשל שינוי בצפיפות עקב חימום. בדומה להסעה מאולצת גם כאן ניתן למצוא בטבלאות את הערכים השונים עבור מקרים שונים. בקירוב נניח שכל הקו הוא צינורות אופקיים ולכן על פי הטבלה מס' 10 מקבלים:
.........................................................................................................................................................................
ניתן לראות שגם מקדם ההסעה תלוי בטמפ' על פני הבידוד, אותה נוכל למצוא בעזרת שוויון הבא:

........................................................................................................................................................................
את מקדמי ההולכה נוציא מתוך הטבלאות מס'11 ומס' 12:
........................................................................................................................................................................
בשלב הבא נחשב את מקדם ההסעה הפנימית (הסעה מאולצת) עבור זרימה בתוך צינור בקוטר "4. נשתמש באותם נתונים ונוסחאות שהשתמשנו בחישוב של מחליף החום:

.........................................................................................................................................................................
לפי משואת ניוטון:

קיבלנו הפסד המהווה כ-0.06% מהחום המועבר למחליף החום(441000 ואט), זה אומר שתכנון הבידוד היה טוב.

מדי טמפרטורה
על מנת שנוכל לפקח על עבודה תקינה של מחליף החום אנו חייבים לדעת את הטמפרטורות בכניסות וביציאות של המתקן. בדומה לפרק העוסק בברזים נרצה לנצל את הרכיבים הקיימים.
מצב קיים:

מצב סופי לפי התכנון:

ע"י חיבור כזה נצטרך להוסיף רק שלושה מדי טמפ' אלקטרוניים אשר יאפשרו לנו להעביר את כל המידע למחשב. קיימים סוגים רבים של גששי חום העובדים לפי עיקרון שונה. השימושיים והזולים ביותר עבור תחום הטמפ' שאנחנו רוצים למדוד הם: גששי חום PTC ,PT100 ,PT1000. נשתמש ב-PT100 כי הוא הפשוט ביניהם וקיים במלאי במפעל. גם הגשש הזה מתחלק לכמה סוגים:

נשתמש בדגם הימני בעל גשש באורך של 100 מ"מ והברגה "1/2.
הגשש עובד על עיקרון שינוי ההתנגדות, האות עובר למתמר שמעביר אות חשמלי לבקר.

אביזר נוסף שנשתמש הוא "רוכב" המאפשר לנו לקבע את מד הטמפרטורה על גבי הצינור:

מפתח:
1) PT100.
2) רוכב עם תבריג.
3) צינור PVC.

ממשקי המשתמש
נאפשר שליטה במערכת בשתי דרכים:

1) מסך שליטה במערכת "אגירת קרח"

2) מסך שליטה במערכת "מים קרים"

כל מסך מאפשר הפעלה אוטומטית או ידנית של המערכת ומעקב אחר הטמפרטורות של "מי קרח" ו"מים קרים". הממשקים ומערכת הבקרה נעשים ע"י מהנדסי המפעל.

חישוב עלות הפרויקט

נרכז את עלות הרכיבים והאביזרים בטבלה:

משך ביצוע הפרויקט כ - 15 ימי עבודה לפי 30$ לשעת עבודה של בעל מקצוע עם עוזר. לכן עלות הפרויקט הכוללת גם את הרכיבים, האביזרים והעבודה היא 59979.6 ש"ח.

חישוב נקודת איזון כלכלית

אחת המטרות של הפרויקט היתה אפשרות לנצל את החשמל המוזל של שעות השפל, אותן שעות שבהן אפשר לצבור קרח. לכן אם נגיע למצב של חיסכון בחשמל, אז נוכל לחשב תוך כמה זמן ניתן להחזיר את ההשקעה בביצוע הפרויקט.מערכת "אגירת קרח":ניתן לצבור עד 25 טון של קרח. נפח כללי של ארגז הקרח כ-48.5 מטר קוב. לכן קיים גם מצבור של 23.5 טון של מים בטמפרטורה הקרובה לאפס מעלות סלזיוס. נחשב את האנרגיה האגורה במערכת:

.........................................................................................................................................................................
כפי שתואר בפרק של אפיון פונקציונאלי תפוקת המערכת "אגירת קרח" היא 126 טון קירור לשעה, לכן זמן צבירת הקרח והמים באפס מעלות כ-6.15 שעות. מתקן אגירת קרח בהספק מקסימאלי 126 טון קירור לשעה צורך ממערכת מדחסים 200 כוחות סוס (150 קילוואט). על פי תעריף תעו"ז מחיר ממוצע שנתי של קילוואט שעה בשעת השפל הוא 17.1 אג'. אזי עלות יצור 775 טון קירור בשעות השפל בעזרת מערכת "אגירת קרח" תעלה כ-157.7 ש"ח.

מערכת "מים קרים":מתקן AIAX בתפוקה מקסימלית של 100 טון קירור לשעה צורך כ-158 קילוואט. מחיר ממוצע שנתי של קילוואט שעה בשעת הפסגה הוא 71.44 אג'. זמן דרוש ליצור 775 טון קירור 7.75 שעות בעלות של 874.8 ש"ח.

על סמך שני החישובים האלה אפשר לראות שאנו חוסכים כ-717.1 ש"ח ביום עבודה אחד כאשר הקרח הנצבר בלילה מחליף את מתקן AIAX בשעות הפסגה. עלות ביצוע הפרוקט 59979.6 ש"ח, אותה נוכל להחזיר תוך 84 ימי עבודה י"ע חיסכון בחשמל. 110 ימי עבודה עם מקדם בטחון של 30%.

תוצרי הפרויקט

2006-04-07T05:27:00.000-07:00

לאחר התכנון המפורט בפרק הקודם הוחלט לבחור את מחליף החום של "מפעלי מתכת קרשין-שלו בע"מ" בשל סיבות הבאות:
1) עמידה בכל הדרישות.
2) למפעל נסיון רב עם הציוד המסופק ע"י "מפעלי מתכת קרשין-שלו בע"מ". בשנות 2000 ו-2005 נרכשו שני מחליפי חום מאותו דגם והם עובדים בצורה יוצאת מן הכלל במשך שנים.
3) מחיר נוח.

מפעלי מתכת קרשין-שלו בע"מ

בנוסף נשתמש ברכיבים הבאים:

צינורות PVC ואביזרים שונים להדבקה של "פלאסון"

הבידוד הנפוץ עבור צנרת נוזלים קרים הוא פוליאוריטן מוקצף

מפתח:
1) תמיכה.
2) קובית עץ למניעת מעיכה של המבודד.
3) צינור PVC.
4) פוליאוריטן מוקצף.
5) פח.

ברזים ידניים ומפוקדים מסוג פרפר של "HAKOHAV"

המפעיל המתאים לברז מסוג זה הינו מפעיל תוצרת Norbro

הפעלה פניאומאטית בלחץ של 4.5 בר.

מדי טמפרטורה PT100 ומתמרים מדגם CM440

נשתמש בדגם הימני בעל גשש באורך של 100 מ"מ והברגה "1/2.הגשש עובד על עיקרון שינוי ההתנגדות, האות עובר למתמר שמעביר אות חשמלי לבקר.
.........................................................................................................................................................................

שירטוט הרכבה של כל הרכיבים

מפתח:
1) מחליף חום.
2) ברז פרפר ידני (שתי יחידות).
3) מד טמפרטורה PT100 (ארבע יחידות).
4) מפעיל NORBRO.
5) ברז פרפר.

ממשקים למשתמש
נאפשר שליטה במערכת בשתי דרכים:

1) מסך שליטה במערכת "אגירת קרח"

2) מסך שליטה במערכת "מים קרים"

חישוב עלות ביצוע הפרויקט

חישוב נקודת איזון כלכלית

אחת המטרות של הפרויקט היתה אפשרות לנצל את החשמל המוזל של שעות השפל, אותן שעות שבהן אפשר לצבור קרח. על סמך החישובים שנעשו בפרק של תכנון מפורט אפשר לראות שאנו חוסכים כ-717.1 ש"ח ביום עבודה אחד כאשר הקרח הנצבר בלילה מחליף את מתקן AIAX בשעות הפסגה. עלות ביצוע הפרוקט 59979.6 ש"ח, אותה נוכל להחזיר תוך 84 ימי עבודה י"ע חיסכון בחשמל. 110 ימי עבודה עם מקדם בטחון של 30%.

סיכום ומסקנות

2006-03-07T05:32:00.000-08:00

בראשית הפרויקט הגדרנו את המטרות העיקריות אותן רצינו להשיג ע"י שילוב בין שתי מערכות קירור:

1) גיבוי מערכת ראשית.
2) הורדת טמפרטורה.
3) הוזלת עלות.
4) ייעול ניצול מערכת "אגירת קרח".

בפרויקט זה בוצע ניתוח של מצב קיים, לימוד של תהליכי יצור ואחסון של המוצרים הסופיים, בדיקת הדרישות הטכנולוגיות לקירור התהליכים והמוצרים, הכרת מערכות הקירור הקיימות, בדיקת האפשרות לשלב בין המערכות והכנת אפיון המערכת, תכנון הרכיבים הדרושים לשילוב בין המערכות.

לאחר הכרת מערכות הקירור הקיימות ראינו שיש כמה אפשרויות לשילוב בין המערכות, בחרנו באלטרנטיבה אשר מאפשרת לנו להשתמש ברכיבים הקיימים כבר בשטח. לפי החישובים התרמודינמיים שנעשו בפרק של תכנון מפורט קיבלנו תוצאות שמצביעות על אפשרות להוריד את הטמפרטורות של המערכת הראשית בצורה משמעותית.

קיבלנו הצעות מחיר מיצרנים וספקים שונים עבור כל הרכיבים והאביזרים הדרושים לביצוע הפרויקט. על סמך אותן ההצעות חישבנו את העלות הכוללת של השילוב בין המערכות בתוספת עלות כוח אדם. בשלב האחרון חישבנו את נקודת איזון כלכלית, אותו פרק זמן שמאפשר לנו להחזיר את ההשקעה בפרויקט בזכות השימוש בחשמל המוזל של שעות השפל.

על סמך כל החישובים שנעשו במהלך הפרויקט התקבל שהמערכת מאוד כדאית והמלצתי לבעלי תפקידים הקשורים לתחום ההשקעות והתחזוקה ליישם את התכנון.

תיעוד ודפי נתונים

2006-02-07T05:37:00.000-08:00

טבלה מס' 1

טבלה מס' 2

טבלה מס' 3

גרף מס' 1

Tetra Pak

טבלה מס' 4

טבלה מס' 5

טבלה מס' 6

טבלה מס' 7

טבלה מס' 8

טבלה מס' 9

דיאגרמת מודי

טבלה מס' 10

טבלה מס' 11

טבלה מס' 12

מקורות

2006-01-07T05:39:00.000-08:00

ארגון עובדי המים. יומן המים והתשתיות הזורמות תשס"ג.

.........................................................................................................................................................................

HOLMAN, J.P. HEAT TRANSFER. McGraw Hill Book Company, 1989.

.........................................................................................................................................................................

KING, H.W. HANDBOOK OF HYDRAULICS. 8. McGraw-Hill, 1954.

.........................................................................................................................................................................

MILLS, A.F. HEAT TRANSFER. 2. Los Angeles: University of California, 1999.

.........................................................................................................................................................................

MOTT, ROBERT L. APPLIED FLUID MECHANICS. 5. New Jersey: University of Dayton, 2000.

.........................................................................................................................................................................

PLAPP, JOHN. ENGINEERING FLUID MECHANICS. Prentice-Hall, 1968.

.........................................................................................................................................................................

STREETER, V.L., & WYLIE. FLUID MECHANICS. McGraw-Hill, 1979.

אתרי אינטרנט:

www.tetrapakprocessing.com

.........................................................................................................................................................................

www.omega.de/produkt/t2/pt100.html

.........................................................................................................................................................................

www.mueller-ziegler.de

.........................................................................................................................................................................

www.apv.com/us/eng/products/heatexchangers/Heat+exchangers.htm