Bilantul energetic al navei

Bilantul energetic al navei

1. Scopul bilantului energetic. Notiuni de baza.

2. Alegerea factorului de incarcare

3. Factorul de simultaneitate

4. Intocmirea bilantului energetic

5. Bilantul energetic al consumatorilor alimentati la tensiunea de 220 V

5.1. Generalitati

5.2. Determinarea puterii aparente   ceruta de consumatorii de 220 V/50 HZ

1. Scopul bilantului energetic. Notiuni de baza.

Pentru a putea determina marimea unei centrale electrice navale, se calculeaza pe baza felului si consumului elementelor absorbante de energie electrica existente, solicitarile lor de moment.

In calculele de dimensionare ale centralei electrice s-au definit o serie de notiuni fundamentale. Astfel, puterea nominala a centralei este puterea maxima a agregatelor generatoare de energie electrica.

Puterea nominala a elementelor consumatoare este o notiune separata, ea trebuind sa fie furnizata de centrala, aceasta trebuind sa acopere si pierderile mecanice.

Valoarea de racordare este suma puterilor nominale ale instalati­ilor consumatoare de energie electrica. De cele mai multe ori, deoa­rece la bord exista un numar mare de consumatori, nu se poate admite luarea in considerare a pierderilor introduse de acestea la solicitarea centralei.

Factorul de incarcare sau gradul de utilizare este un coeficient ce caracterizeaza sarcina maxima produsa la un moment dat la o anumita putere.

Factorul de simultaneitate constituie legatura dintre sarcina maxima ce poate fi introdusa de o grupa de consumatori si suma sarcinilor maxime individuale ale consumatorilor din grupa respectiva aflasi in functiune.

2. Alegerea factorului de incarcare

Acest factor arata cat anume din valoarea de racordare a puterii este efectiv folosita. Marimea acestui factor rezulta din rationa­mente logice si este determinata prin masuratori de exploatare la instalatii comparabile cu cea studiata.

Un factor de incarcare unitar este, practic, imposibil mai intai datorita faptului ca nu se poate pune intotdeauna in coresponden­ta exacta puterea masinii de antrenare cu puterea ceruta de actionare.

Se poate considera la antrenarile corect dimensionate ca factorul de incarcare este in jur de 0,9.

Exista o intreaga serie de consumatori, asa cum sunt compresoarele de aer si cele frigorifice, pompele cu piston sau cele cu roti dintate, care in exploatare au nevoie de intreaga lor putere. Acestea au nevoie de un cuplu de rotatie constant si deci de o putere constanta.

Sunt posibile si sarcinile partiale insa, in bilantul ener­getic, se considera cazul cel mai nefavorabil.

Aparatele termoelectrice necomandate si lampile cu incandescenta consuma intreaga lor valoare de racordare. Pentru acestea poate fi ales asadar un factor de incarcare unitar.

In cazul masinilor cu rotor, puterea de antrenare depinde de capacitatea sarcinii. Factorul de incarcare poate varia de la 0,3 pana la 0,9. Masinile unelte functioneaza cu un factor de incar­care de 0,5.

Instalatiile de navigatie, de telecomunicatii si radio functionea­za cu un factor cuprins intre 0,3 si 0,4.

3. Factorul de simultaneitate

Fiecare aparat electric receptor este caracterizat, in primul rand, prin puterea sa activa nominala atunci cand este alimentat cu tensiunea si frecventa pentru care a fost construit.

Consumul efectiv de putere din centrala electrica a unei nave prezinta variatii in timp in raport cu orele zilei (variatii orare), cu zilele anului (variatii sezoniere). Curbele care redau aceste variatii in timp, ale puterii cerute de un consumator de tipul unei nave tanc petrolier, sunt curbele de sarcina zilnice sau curbele de sarcina anuale.

Din curbele de sarcina se constata ca fiecare consumator prezinta un consum maxim de putere, numit varf de sarcina, ce poate apare o singura data sau de mai multe ori in intervalul ales. Acest varf de sarcina constituie o marime importanta pentru dimensionarea instalatiei de alimentare cu energie electrica a consumatorului respectiv (nava).

Se constata ca, in majoritatea cazurilor, consumul maxim intr-un interval de timp difera sensibil de puterea instalata totala in aparatele receptoare de care dispune nava. Aceasta situatie se explica prin varietatea si numarul mare de aparate electrice receptoare de care dispun navele maritime, care nu ajung decat in mod exceptional sa fie utilizate simultan si la puterea lor nominala.

Aceasta situatie este caracterizata de coeficientul sau fac­torul de simultaneitate definit de raportul:

unde,

P[Kw] = puterea electrica activa consumata la un moment dat;

Pi[Kw] = puterea electrica totala instalata in receptoarele consumatorului.

4. Intocmirea bilantului energetic

Pentru realizarea la bordul navei a unei retele de distributie bine dimensionata, precum si pentru alegerea cat mai corecta a echipamentului de comanda si protectie a agregatelor, este necesar un calcul cat mai exact al puterii si al numarului de surse de energie.

Alegerea rationala a puterii si a numarului de agregate pentru centralele electrice navale are o mare insemnatate la proiectarea si exploatarea navelor, determinand in acelasi timp valoarea investitiilor de constructie si intretinere.

Pentru stabilirea puterii generatoarelor centralei electrice a unei nave petrolier de 150.000 dtw, cunoscandu-se numarul si tipul consumatorilor de la bord, precum si puterea electrica instalata a acestora, s-a efectuat un calcul tabelar ce ofera o imagine de ansamblu, pe regimuri de functionare si pe grupe de consumatori, a bilantului energetic al navei.

Consumatorii au fost impartiti, in functie de destinatie si de regimul lor de functionare, in urmatoarele grupe:

-grupa I (mecanisme principale in compartimentul masini) includeconsumatorii ce deservesc motorul principal si a caror intrerupere din functionare are repercursiuni negative imediate asupra bunei functionari a navei in ansamblu. Din acest motiv toti acesti consumatori sunt dublati.

-grupa II (mecanisme auxiliare in compartimentul masini) reuneste consumatori a caror intrerupere in alimentarea cu energie electrica nu are repercursiuni imediate in raport cu buna functionare a navei;

-grupa III (mecanisme de punte) cuprinde consumatorii electrici ai instalatiei de ancorare acostare, consumatorii de la carma si cei ce deservesc barcile de salvare, precum si cei ai instalatiei de manevrare a scarilor de bord;

-grupa IV (instalatia frigorifica, ventilatie si conditionare) reuneste consumatorii din cadrul instalatiei de ventilatie fortata a compartimentului masini, cei ai instalatiei de pastrare a alimentelor si consumatorii utilizati la conditionarea aerului in cabinele echipajului si in alte incaperi si compartimente;

-grupa V (utilaj gospodaresc la 380 V, 50 Hz) cuprinde toti consumatorii din bucatarie si cei din spalatorie;

-grupa VI (instalatia de navigatie electronica la 380 V, 50 Hz) include consumatorii utilizati pentru determinarea pozitiei navei si consumatorii radio;

-grupa VII (echipament atelier mecanic);

-grupa VIII (instalatia de iluminat la 220 V, 50 Hz) reuneste consumatorii instalatiei de iluminat interior si exterior precum si luminile de navigatie.

In cadrul grupelor s-au facut diferentieri in ceea ce priveste regimul de functionare al fiecarui consumator si anume:

- regim de functionare de lunga durata, receptoarele de energie electrica ce functioneaza in acest regim caracterizandu-se prin aceea ca au sarcina constanta sau putin variabila in timp;

- regim de functionare intermitent, agregatele ce functioneaza in acest mod avand o sarcina mult variabila in timp. In bilantul energetic, acesti consumatori sunt trecuti intre paranteze.

In bilantul energetic figureaza rubrici pentru denumirea consumatorilor, numarul de consumatori de acelasi fel, puterea nominala Pn, puterea absorbita Pabs, puterea absorbita totala Pt.

Din cataloage s-au luat valorile factorului de putere nominal cos j si cele ale randamentului nominal h pentru fiecare motor electric in parte.

In toate regimurile de functionare ale centralei electrice navale, la fiecare grupa, s-a avut in vedere numarul de con­sumatori in functiune, factorul de incarcare si puterea absorbita de fiecare consumator in parte.

Puterea consumata Sc s-a stabilit avand in vedere numarul de consumatori de aceeasi categorie aflati in functiune si factorul de incarcare.

unde,

n este numarul de consumatori de acelasi tip aflati in functiune;

K_inc reprezinta coeficientul de incarcare;

Sa este puterea aparenta absorbita de un electromotor, in [Kw].

Coeficientul de incarcare se defineste conform relatiei de mai jos:

Dupa nominalizarea consumatorilor si completarea rubricilor corespunzatoare fiecarui regim de lucru al centralei electrice, pentru fiecare grupa de consumatori in parte, s-a determinat puterea aparenta absorbita totala prin insumarea puterilor absorbite de consumatorii ce functioneaza in acel regim:

unde,

S_ag [Kva] este puterea aparenta absorbita de fiecare grupa pentru un regim de lucru al centralei;

m reprezinta numarul grupelor de consumatori;

S_ai [Kva] este puterea aparen­ta absorbita de consumatorul i, al grupei respective, in fiecare regim de functionare.

Prin insumarea puterilor aparente totale absorbite de con­sumato­rii constanti si intermitenti, se obtine puterea aparenta totala absorbita de centrala in fiecare regim de lucru.

5. Bilantul energetic al consumatorilor alimentati la   tensiunea de 220 V

5.1. Generalitati

Cunoscand faptul ca o serie de consumatori de pe nava sunt alimentati la tensiunea de 220 V, se determina puterea totala instalata a acestora grupandu-i pe categorii. Avand bilantul energetic al consumatorilor de 220 V, se poate afla tipul si numarul transformatoarelor de tensiune ce vor fi instalate la bord.

Pentru fiecare categorie de consumatori se calculeaza puterea ceruta activa cu relatia:

Puterea activa ceruta reprezinta o putere conventionala constanta in timp si care tine seama ca solicitarile termice si mecanice la care este supusa instalatia sa nu aiba valori periculoase, iar in perioadele de varf sa nu ajunga pana la limitele admisibile.

unde,

C_i reprezinta coeficientul de incarcare;

Cs coeficientul de simultaneitate;

hm randamentul mediu;

hr este randamentul retelei dintre receptoare si punctul in care se calculeaza puterea ceruta.

unde,

Pr [Kw] reprezinta puterea reala cu care sunt incarcate motoarele;

Ps [Kw] este puterea simultana.

In cazul receptoarelor de iluminat Cs=Ci.

Randamentul mediu al receptoarelor este:

unde,

Pk [Kw] este puterea receptoarelor ce functioneaza simultan;

hk [%] randamentul receptoarelor ce functioneaza simultan.

In general, randamentul retelei hr este cuprins intre 0,91 si 1.

Factorul de putere mediu j_m se exprima din egalitatea puterii aparente debitate de cele n receptoare cu cea a unui receptor echivalent:

Rezulta:

La receptoarele termice sau cele de iluminat hk=1, puterea ceruta reactiva fiind:

unde,

tg j_k corespunde unui factor de putere indicat, pentru o anumita categorie K de consumatori.

Se determina apoi puterea aparenta totala Sc [Kva] pentru toate grupele de consumatori.

unde,

Pck si Qck sunt puterile active si reactive pentru fiecare grupa de consumatori.

5.2. Determinarea puterii aparente   ceruta de consumatorii de 220 V/50 HZ

Consumatorii ce se alimenteaza la tensiunea de 220 V/50 Hz prin intermediul transformatorului de tensiune se impart in grupele:

- GRUPA I - iluminat suprastructura 14,12 [Kw];

-iluminat de lucru 4,7 [Kw];

-iluminat CM 18,7 [Kw];

total 41,83 [Kw].

- GRUPA II - pupitru de navigatie 3[Kw];

-redresori automatizari 1,6 [Kw];

-redresor semnalizare 1,6 [Kw];

-tablou incarcari electrice 2,5 [Kw];

total 8,7 [Kw].

- GRUPA III -radiatoare electrice 7,8 [Kw];

-radiatoare 1,6 [Kw];

total 9,4 [Kw].

- GRUPA IV - utilaje gospodaresti 21,91 [Kw].

In aceste conditii, puterea aparenta ceruta totala Sc de con­suma­torii de 220 V, este:

Coeficientii Kc si tg j au fost extrasi din cartea 'Proiectarea instalatiilor electrice industriale ' de Dan Comsa.