Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Magazynowanie energii cieplnej w gaczu parafinowym (cz. 1)

Kryteria doboru materiałów do magazynowania energii cieplnej
Gacz parafinowy to  mieszanina węglowodorów otrzymywana przez wykrystalizowanie z olejowych destylatów ropy naft. (parafinowej)
Gacz parafinowy to mieszanina węglowodorów otrzymywana przez wykrystalizowanie z olejowych destylatów ropy naft. (parafinowej)
Petrochemgaz
Ciąg dalszy artykułu...

Kryteria doboru materiałów do magazynowania energii cieplnej

Przy doborze czynnika magazynującego ciepło należy kierować się czterema podstawowymi kryteriami: termodynamicznym, kinetycznym, chemicznym i ekonomicznym. Każde z tych kryteriów może być określone bardziej szczegółowo dla wybranego sposobu magazynowania. Najważniejsze cechy, którymi powinien się charakteryzować materiał do magazynowania energii cieplnej:

  • możliwie duże: pojemność cieplna, ciepło właściwe, ciepło przemiany fazowej i gęstość,
  • punkt topnienia przemiany fazowej lub chemicznej powinien znajdować się powyżej temperatury ochładzania złoża i poniżej temperatury czynnika dostarczającego energię,
  • materiał nie powinien ulegać przechłodzeniu i przegrzaniu (muszą być zapewnione punkty nukleacji przez odpowiednie dodatki),
  • pojemność cieplna powinna być stała w kolejnych cyklach grzania i chłodzenia, bez histerezy termicznej,
  • przemiana fazowa przebiegająca kongruentnie (ciecz i ciało stałe mają ten sam skład) i w sposób całkowity, w przeciwnym razie może nastąpić segregacja, a więc i zmiana składu chemicznego materiału,
  • dobra przewodność cieplna obydwu faz w przypadku przemiany fazowej,
  • możliwie mała rozszerzalność cieplna i jak najmniejsze zmiany objętości w trakcie przemiany fazowej, w przeciwnym razie może to spowodować utrudnienie rozwiązań konstrukcyjnych,
  • stabilny skład chemiczny i struktura, tak aby kolejne cykle grzania i chłodzenia nie powodowały segregacji i rozkładu chemicznego (utlenienia, hydrolizy, uwodnienia itd.) – jest to szczególnie istotne w podwyższonych temperaturach
    (a więc w stanie ciekłym) ze względu na możliwość dyfuzji atomów, a także zachodzenia nieprzewidzianych reakcji chemicznych,
  • niska prężność pary w celu obniżenia kosztów zasobnika,
  • brak reakcji z materiałem zbiornika lub wymiennikiem,
  • materiał nie powinien być niebezpieczny (trujący, toksyczny, łatwopalny), ponieważ zawsze należy przewidywać możliwość jego wycieku ze zbiornika, powinien być za to tani i łatwo dostępny.

Dla każdego ze sposobów magazynowania energii niezbędna jest znajomość wymienionych powyżej właściwości cieplno-fizycznych i ich stabilności w czasie.

Gacz parafinowy

Gacz parafinowy, z którego wytwarza się parafinę, a następnie świece, jest jednym z produktów pośrednich destylacji ropy naftowej. Ze względu na ograniczone zapotrzebowanie i trudności ze zbytem musi być on dalej przetwarzany, co wymaga dodatkowych nakładów i zwiększa koszty technologiczne w przemyśle rafineryjno-petrochemicznym. Wstępne rozpoznanie wskazuje, że materiał ten ma większość cech dobrego czynnika do magazynowania energii cieplnej: jest neutralny korozyjnie, nietoksyczny, trwały chemicznie i tani [7, 8].

Gacz parafinowy jest mieszaniną węglowodorów alifatycznych (liniowych) o zróżnicowanym składzie. W literaturze fachowej podawane są własności termodynamiczne poszczególnych jego składników, a nie ich mieszaniny, która może mieć dowolny skład. W tej sytuacji przydatność gaczu parafinowego jako czynnika magazynu ciepła można było zweryfikować jedynie eksperymentalnie. Do badań wybrano lekki gacz parafinowy o zaolejeniu do 4% z Rafinerii Gdańskiej S.A.

Wyznaczanie własności gaczu
Własności fizyczne gaczu przeznaczonego do badań nad określeniem jego przydatności jako materiału magazynującego ciepło przedstawiono w tabeli 3.

Badania własności termodynamicznych gaczu przeprowadzono w różnicowym kalorymetrze skaningowym DSC 7 firmy Perkin Elmer. Zakres temperatur pomiaru, czyli 30-70°C, dobrano tak, aby nie doszło do zmian fizycznych i chemicznych gaczu i by pokrywał on zakres pracy magazynu ciepła. Szybkość ogrzewania wynosiła 10 K/min. W wyniku pomiaru bezpośrednio wyznaczono temperatury topnienia i krystalizacji gaczu, a jego ciepło właściwe pośrednio, z analizy otrzymanych termogramów.

Przykładowy termogram przedstawiono na rys. 2 [9]. Otrzymane krzywe to termogramy topnienia i krystalizacji. Na obu widoczne są dwa oddzielne piki, które świadczą o występowaniu dwóch różnych faz krystalicznych. Te różne fazy wynikają z innego (pod względem długości łańcucha węglowego) składu parafiny.

Analizując krzywą topnienia, widzimy, że pierwsza faza krystaliczna topi się w przedziale temperatur 12,7¸40,6°C (285,7¸313,6 K), a druga w przedziale 40,6¸60°C (313,6¸333 K). Całkowite stopienie gaczu obserwujemy już w temperaturze 49,7°C (322,7 K). Z kolei pierwsza faza krystalizuje w przedziale temperatur 45,1¸23,5°C (318,1¸296,5 K), a druga w przedziale 23,5¸2,6°C (296,5¸276,1 K). Pojawienie się fazy stałej obserwujemy w temperaturze 38,7°C (311,7 K).

Zmiana stanu skupienia z ciekłego na stały uwalnia tę samą ilość energii, jaka została zaabsorbowana podczas procesu topnienia, tj. 188 kJ/kg. Pomiar ciepła właściwego wykazał, że w fazie stałej wynosi ono dla gaczu 1,8 kJ/(kg K), natomiast w fazie ciekłej 2,18 kJ/(kg K). Zmiana entalpii w zakresie 12,7¸60°C (285,7¸333 K) wynosi aż 188 kJ/kg, jest to efekt przemiany fazowej. Na rysunku 3. porównano, w tym samym zakresie temperatur ΔT = 15 K, pojemności cieplne różnych ogrzewanych materiałów z topniejącym gaczem. W pracy [17] zamiast gaczu porównano parafinę o pojemności cieplnej ok. 240 kJ/kg.

   15.04.2010

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Czym mogą Cię zaskoczyć nowoczesne pompy do wody »

pompy do wody

 



Zadbaj o bezpieczeństwo swoje i swoich pracowników » Szukasz partnera w projektowaniu inżynieryjnym i specjalistycznym? »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go już dziś »

 


Jak projektować instalacje najwyższej jakości »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jakich zabezpieczeń wentylatorów dachowych potrzebujesz »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Czy klimatyzacja jest zdrowa »

wentylacja

 



Kompendium wiedzy o procesach wymiany ciepła » Czy ogrzewanie może wpływać na nasze zdrowie »
pompy woda powietrze pompy ciepła
wiem więcej » wiem więcej »

 


Jak dobrze odseparować wodę kanalizacyjna od gruntowej »

studzienka kanalizacyjna

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
9/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Dofinansowanie ogrzewania i fotowoltaiki
  • - Eksploatacja gruntowych pomp ciepła
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl