Mudança de recirculação gases de combustão. A recirculação de gás é amplamente utilizada para expandir a faixa de controle de temperatura vapor superaquecido e permite manter a temperatura de superaquecimento do vapor mesmo com baixas cargas da caldeira. EM Ultimamente A recirculação dos gases de combustão também está ganhando terreno como método de redução da formação de NOx. A recirculação dos gases de combustão também é utilizada em fluxo de ar na frente dos queimadores, o que é mais eficaz em termos de suprimir a formação de N0 x .

A introdução de gases recirculados relativamente frios na parte inferior do forno leva a uma diminuição na absorção de calor das superfícies radiantes de aquecimento e a um aumento da temperatura do gás na saída do forno e nos dutos de gás convectivo, incluindo o gás de combustão temperatura. Um aumento no fluxo total de gases de combustão na seção do caminho de gás antes da seleção de gases para recirculação contribui para um aumento nos coeficientes de transferência de calor e absorção de calor de superfícies de aquecimento convectivo.

Arroz. 2.29. Mudanças na temperatura do vapor (curva 1), temperatura do ar quente (curva 2) e perdas de gases de combustão (curva 3) dependendo da parcela de recirculação dos gases de combustão r.

Na fig. 2.29 mostra as características da unidade de caldeira TP-230-2 com alteração na proporção de recirculação de gás para a parte inferior do forno. Aqui a parte da reciclagem

onde V rc é o volume de gases retirados para recirculação; V r - o volume de gases no ponto de seleção para recirculação sem levar em conta V rc. Como pode ser visto, um aumento na parcela de recirculação a cada 10% leva a um aumento na temperatura do gás de combustão em 3–4°C, Vr - em 0,2%, temperatura do vapor - em 15 ° C, e a natureza da dependência é quase linear. Essas proporções não são inequívocas para todas as unidades de caldeira. Seu valor depende da temperatura dos gases recirculados (local de entrada do gás) e do método de introdução. Descarga de gases recirculados em parte de cima o forno não afeta o funcionamento do forno, mas leva a uma diminuição significativa da temperatura dos gases na área do superaquecedor e, consequentemente, a uma diminuição da temperatura do vapor superaquecido, embora o aumenta o volume dos produtos da combustão. A descarga de gases na parte superior do forno pode ser usada para proteger o superaquecedor da exposição a temperaturas de gás inaceitavelmente altas e para reduzir a escória do superaquecedor.

Obviamente, o uso da recirculação de gás leva a uma diminuição não apenas na eficiência. bruto, mas também eficiência líquido da unidade de caldeira, pois provoca um aumento no consumo de eletricidade para as próprias necessidades.

Arroz. 2.30. Dependência das perdas de calor com subcombustão mecânica da temperatura do ar quente.

Mudança de temperatura do ar quente. A mudança na temperatura do ar quente é o resultado de uma mudança no modo de operação do aquecedor de ar devido à influência de fatores como mudanças na diferença de temperatura, coeficiente de transferência de calor, fluxo de gás ou ar. Aumentar a temperatura do ar quente aumenta, ainda que ligeiramente, o nível de liberação de calor no forno. A temperatura do ar quente tem um efeito significativo nas características das unidades de caldeiras que operam com combustível com baixa saída volátil. Uma diminuição de ^ r.v neste caso piora as condições de ignição do combustível, o modo de secagem e moagem do combustível, leva a uma diminuição da temperatura da mistura de ar na entrada dos queimadores, o que pode causar um aumento nas perdas com subcombustão mecânica (ver Fig. 2.30).

. Mudança de temperatura pré-aquecimento ar. O pré-aquecimento do ar na frente do aquecedor de ar é usado para aumentar a temperatura da parede de suas superfícies de aquecimento, a fim de reduzir o efeito corrosivo dos gases de combustão sobre elas, especialmente ao queimar combustíveis com alto teor de enxofre. De acordo com a PTE, ao queimar óleo combustível sulfuroso, a temperatura do ar na frente dos aquecedores de ar tubulares não deve ser inferior a 110 ° C e na frente dos regenerativos - não inferior a 70 ° C.

O pré-aquecimento do ar pode ser realizado recirculando o ar quente para a entrada dos ventiladores de sopro, porém, neste caso, a eficiência da unidade caldeira diminui devido ao aumento do consumo de eletricidade para o sopro e ao aumento da temperatura do ar. os gases de combustão. Portanto, é aconselhável aquecer o ar acima de 50°C em aquecedores que funcionem com vapor seletivo ou água quente.

O pré-aquecimento do ar implica uma diminuição na absorção de calor do aquecedor de ar devido a uma diminuição na diferença de temperatura, a temperatura dos gases de combustão e o aumento da perda de calor. O pré-aquecimento do ar também requer custos adicionais de energia para o fornecimento de ar ao aquecedor de ar. Dependendo do nível e método de pré-aquecimento do ar, para cada 10° C de pré-aquecimento do ar, a eficiência mudanças brutas em cerca de 0,15-0,25% e a temperatura dos gases de combustão - em 3-4,5 ° C.

Como a parcela de calor consumida para o pré-aquecimento do ar em relação à produção de calor das caldeiras é bastante grande (2-3,5%), a escolha do esquema ideal de aquecimento do ar tem grande importância.

Ar frio

Arroz. 2.31. Esquema de aquecimento de ar em dois estágios em aquecedores com água de rede e vapor seletivo:

1 - aquecedores de rede; 2 - a primeira etapa do aquecimento do ar com água da rede do sistema de aquecimento; 3 - o segundo estágio de aquecimento de ar pzrom; 4 - bomba para abastecimento de água da rede de retorno aos aquecedores; 5 - água de rede para aquecimento do ar (esquema para período de verão); 6 - água de rede para aquecimento do ar (esquema para o período de inverno).

Aquecimento da atmosfera (temperatura do ar).

A atmosfera fica mais calor do subjacente superfície da Terra do que diretamente do sol. O calor é transferido para a atmosfera através condutividade térmica molecular,convecção, a liberação de calor específico de vaporização em condensação vapor de água na atmosfera. Portanto, a temperatura na troposfera geralmente diminui com a altura. Mas se a superfície der mais calor ao ar do que recebe ao mesmo tempo, ela esfria, e o ar acima dela também esfria. Neste caso, a temperatura do ar aumenta com a altitude. Tal posição é chamada inversão de temperatura . Pode ser observado no verão à noite, no inverno - acima da superfície nevada. A inversão de temperatura é comum nas regiões polares. O motivo da inversão, além do resfriamento da superfície, pode ser o deslocamento do ar quente pelo ar frio que flui sob ela ou o fluxo de ar frio para o fundo das bacias intermontanhosas.

Em uma troposfera calma, a temperatura diminui com a altura em média 0,6 ° a cada 100 m. Quando o ar seco sobe, esse indicador aumenta e pode chegar a 1 ° por 100 m, e quando o ar úmido sobe, diminui. Isso é explicado pelo fato de que o ar ascendente se expande e energia (calor) é gasta com isso, e quando o ar úmido sobe, o vapor d'água condensa, acompanhado pela liberação de calor.

Baixando a temperatura do ar ascendente - a principal razão para a formação de nuvens . O ar descendente, caindo sob grande pressão, é comprimido e sua temperatura aumenta.

Temperatura ar muda periodicamente durante o dia e ao longo do ano.

EM seu curso diário há um máximo (à tarde) e um mínimo (antes do nascer do sol). Do equador aos pólos, as amplitudes diárias das flutuações de temperatura diminuem. Mas, ao mesmo tempo, são sempre maiores sobre a terra do que sobre o oceano.

EM curso anual temperatura ar no equador - dois máximos (após os equinócios) e dois mínimos (após os solstícios). Nas latitudes tropicais, temperadas e polares - um máximo e um mínimo. As amplitudes das flutuações anuais na temperatura do ar aumentam com o aumento da latitude. No equador, eles são menores do que diariamente: 1-2°C sobre o oceano e até 5°C - sobre a terra. EM latitudes tropicais ah - sobre o oceano - 5 ° C, sobre terra - até 15 ° C. EM latitudes temperadas de 10-15°C sobre o oceano a 60°C ou mais sobre a terra. Nas latitudes polares, a temperatura negativa prevalece, suas flutuações anuais chegam a 30-40°C.

corrigir diariamente e curso anual a temperatura do ar, devido a mudanças na altura do Sol acima do horizonte e na duração do dia, é complicada por mudanças não periódicas causadas pelo movimento de massas de ar com temperaturas diferentes. Padrão geral de distribuição de temperatura na camada inferior da troposfera-sua diminuição na direção do equador para os pólos.

Se temperatura média anual do ar dependesse apenas da latitude, sua distribuição nos hemisférios norte e sul seria a mesma. Na realidade, entretanto, sua distribuição é significativamente afetada por diferenças na natureza da superfície subjacente e pela transferência de calor de baixas latitudes para altas latitudes.

Como resultado da transferência de calor, a temperatura do ar no equador é menor e nos pólos é maior do que seria sem esse processo. O hemisfério sul é mais frio que o hemisfério norte principalmente devido à terra coberta de gelo e neve perto pólo Sul. A temperatura média do ar na camada inferior de dois metros para toda a Terra é de +14°C, o que corresponde à temperatura média anual do ar a 40°N.

DEPENDÊNCIA DA TEMPERATURA DO AR DA LATITUDE GEOGRÁFICA

A distribuição da temperatura do ar perto da superfície da Terra é mostrada por meio de isotermas - linhas conectando lugares com a mesma temperatura. Isotermas não coincidem com paralelos. Eles se dobram, movendo-se do continente para o oceano e vice-versa.

pressão atmosférica

O ar tem massa e peso, por isso exerce pressão sobre a superfície que entra em contato com ele. A pressão exercida pelo ar na superfície da Terra e todos os objetos nela é chamada pressão atmosférica . É igual ao peso da coluna de ar sobrejacente e depende da temperatura do ar: quanto maior a temperatura, menor a pressão.

A pressão da atmosfera na superfície subjacente é em média 1,033 g por 1 cm 2 (mais de 10 toneladas por m 2 ). A pressão é medida em milímetros de mercúrio, milibares (1 mb = 0,75 mm Hg) e hectopascais (1 hPa = 1 mb). Com a altitude, a pressão diminui: Na camada inferior da troposfera, até uma altura de 1 km, diminui 1 mm Hg. Arte. para cada 10 m. Quanto mais alto, mais lentamente a pressão diminui. pressão normal ao nível do oceano - 760 mm. Rt. Arte.

A distribuição geral de pressão na superfície da Terra tem um caráter zonal:

	Temporada	Sobre o continente	sobre o oceano
Em latitudes equatoriais
Em latitudes tropicais
	Baixo	alto
Em latitudes moderadas		alto	Baixo
	Baixo
Em latitudes polares

Assim, tanto no inverno como no verão, e sobre os continentes e sobre o oceano, zonas de altitude e pressão baixa. A distribuição de pressão é claramente visível nos mapas isóbaros de janeiro e julho. isóbaros - linhas conectando lugares de igual pressão. Quanto mais próximos estiverem um do outro, mais rapidamente a pressão varia com a distância. A quantidade de mudança na pressão por unidade de distância (100 km) é chamada Gradiente de pressão .

A mudança na pressão é explicada pelo movimento do ar. Ele sobe onde há mais ar e diminui onde o ar sai. razão principal movimento do ar - seu aquecimento e resfriamento da superfície subjacente. À medida que o ar se aquece da superfície, ele se expande e sobe. Tendo atingido uma altura em que sua densidade é maior que a densidade do ar circundante, ela se espalha para os lados. Portanto, a pressão sobre superfície quente diminui (latitudes equatoriais, latitudes tropicais continentais no verão). Mas, ao mesmo tempo, aumenta nas áreas vizinhas, embora a temperatura ali não tenha mudado (latitudes tropicais no inverno).

Acima da superfície fria, o ar esfria e condensa, agarrando-se à superfície (latitudes polares, a parte continental das latitudes temperadas no inverno). No topo, sua densidade diminui e o ar vem aqui do lado. Sua quantidade acima da superfície fria aumenta, a pressão sobre ela aumenta. Ao mesmo tempo, onde o ar saiu, a pressão diminui sem alterar a temperatura. O aquecimento e o resfriamento do ar da superfície são acompanhados por sua redistribuição e mudança de pressão.

Em latitudes equatoriais a pressão é sempre reduzido. Isso se deve ao fato de que o ar aquecido da superfície sobe e sai em direção às latitudes tropicais, criando aí um aumento da pressão.

Acima da superfície fria no Ártico e na Antártica pressão elevado. É criado pelo ar vindo de latitudes temperadas para o local de ar frio condensado. A saída de ar para as latitudes polares é a razão da diminuição da pressão nas latitudes temperadas.

Como resultado, formam-se cinturões de baixa (equatorial e temperado) e alta pressão (tropical e polar). Dependendo da estação, eles mudam um pouco para o hemisfério de verão (“seguindo o Sol”).

Regiões polares alta pressão eles se expandem no inverno, encolhem no verão, mas existem o ano todo. cintos pressão reduzida durante todo o ano em torno do equador e nas latitudes temperadas do Hemisfério Sul.

Inverno em latitudes temperadas hemisfério norte a pressão sobre os continentes aumenta fortemente e o cinturão de baixa pressão "quebra". Áreas fechadas de baixa pressão persistem apenas sobre os oceanos - islandês E baixas Aleutas. Nos continentes, ao contrário, o inverno altos :asiático (siberiano) E norte-americano. No verão, nas latitudes temperadas do Hemisfério Norte, o cinturão de baixa pressão é restaurado.

Uma enorme área de baixa pressão com um centro em latitudes tropicais se forma sobre a Ásia no verão - Baixa Asiática. Nas latitudes tropicais, os continentes são sempre mais quentes que os oceanos e a pressão sobre eles é menor. Portanto, sobre os oceanos existem altas subtropicais :Atlântico Norte (Açores), Pacífico Norte, Atlântico Sul, Pacífico Sul E Sul da Índia.

Assim, devido ao diferente aquecimento e resfriamento das superfícies continental e da água (a superfície continental esquenta mais rápido e esfria mais rápido), a presença de correntes quentes e frias e outras razões na Terra, exceto cinturões pressão atmosféricaáreas fechadas de baixa e alta pressão podem ocorrer.

Quando o sol está mais quente - quando está mais alto ou mais baixo?

O sol esquenta mais quando está mais alto. Os raios do sol, neste caso, caem em um ângulo reto ou quase reto.

Que tipos de rotação da Terra você conhece?

A terra gira em torno de seu eixo e ao redor do sol.

Por que o ciclo dia e noite ocorre na Terra?

A mudança do dia e da noite é o resultado da rotação axial da Terra.

Determine como o ângulo de incidência dos raios solares difere em 22 de junho e 22 de dezembro nos paralelos de 23,5 ° N. sh. e você. sh.; nos paralelos de 66,5° N. sh. e você. sh.

Em 22 de junho, o ângulo de incidência dos raios solares no paralelo de 23,50 N.L. 900S - 430. No paralelo 66,50 N.S. – 470, 66,50 S - ângulo de deslizamento.

Em 22 de dezembro, o ângulo de incidência dos raios solares no paralelo 23,50 N.L. 430 S - 900. No paralelo 66,50 N.S. - ângulo de deslizamento, 66,50 S - 470.

Pense por que os meses mais quentes e mais frios não são junho e dezembro, quando os raios do sol têm os maiores e menores ângulos de incidência na superfície da Terra.

O ar atmosférico é aquecido a partir da superfície terrestre. Portanto, em junho, a superfície da Terra se aquece e a temperatura atinge o máximo em julho. Também acontece no inverno. Em dezembro, a superfície da Terra esfria. O ar esfria em janeiro.

Definir:

temperatura média diária de acordo com quatro medições por dia: -8°C, -4°C, +3°C, +1°C.

A temperatura média diária é de -20ºC.

a temperatura média anual de Moscou usando os dados da tabela.

A temperatura média anual é de 50ºC.

Determine a faixa de temperatura diária para as leituras do termômetro na Figura 110, c.

A amplitude de temperatura na figura é 180C.

Determine quantos graus a amplitude anual em Krasnoyarsk é maior do que em São Petersburgo, se temperatura média julho em Krasnoyarsk +19°С e janeiro -17°С; em São Petersburgo +18°C e -8°C respectivamente.

A faixa de temperatura em Krasnoyarsk é de 360ºC.

A amplitude da temperatura em São Petersburgo é de 260C.

A amplitude da temperatura em Krasnoyarsk é 100C mais alta.

Perguntas e tarefas

1. Como o ar na atmosfera esquenta?

Quando os raios do sol passam, a atmosfera deles quase não esquenta. À medida que a superfície da Terra se aquece, ela se torna uma fonte de calor. É a partir dele que o ar atmosférico é aquecido.

2. Quantos graus a temperatura na troposfera diminui a cada 100 m de subida?

Conforme você sobe, a cada quilômetro a temperatura do ar cai 6 0C. Então, 0,60 para cada 100 m.

3. Calcule a temperatura do ar fora da aeronave, se a altitude de vôo for de 7 km e a temperatura na superfície da Terra for +200C.

A temperatura ao subir 7 km cairá 420. Isso significa que a temperatura fora da aeronave será de -220.

4. É possível encontrar uma geleira nas montanhas a uma altitude de 2500 m no verão se a temperatura no sopé das montanhas for de + 250C.

A temperatura a uma altitude de 2500 m será de +100C. A geleira a uma altitude de 2500 m não se encontrará.

5. Como e por que a temperatura do ar muda durante o dia?

Durante o dia, os raios do sol iluminam a superfície da Terra e a aquecem, e o ar se aquece a partir dela. À noite, o fluxo de energia solar é interrompido e a superfície, junto com o ar, esfria gradativamente. O sol está mais alto acima do horizonte ao meio-dia. Este é o momento em que mais energia solar entra. No entanto, a temperatura mais alta é observada após 2-3 horas após o meio-dia, pois leva tempo para que o calor seja transferido da superfície da Terra para a troposfera. A temperatura mais baixa é antes do nascer do sol.

6. O que determina a diferença no aquecimento da superfície da Terra durante o ano?

Durante o ano, na mesma área, os raios do sol incidem sobre a superfície de maneiras diferentes. Quando o ângulo de incidência dos raios é mais acentuado, a superfície recebe mais energia solar, a temperatura do ar sobe e chega o verão. Quando os raios do sol estão mais inclinados, a superfície aquece ligeiramente. A temperatura do ar nessa época cai e o inverno chega. O mês mais quente no Hemisfério Norte é julho e o mês mais frio é janeiro. EM hemisfério sul- vice-versa: o mais mês frio ano - julho e o mais quente - janeiro.

A principal fonte de calor que aquece a superfície terrestre e a atmosfera é o sol. Outras fontes - a lua, as estrelas, o interior aquecido da Terra - fornecem uma quantidade tão pequena de calor que podem ser desprezados.

O sol irradia uma energia colossal para o espaço mundial na forma de raios térmicos, luminosos, ultravioleta e outros. A totalidade da energia radiante do Sol é chamada de radiação solar. A Terra recebe uma parcela insignificante dessa energia - uma bilionésima parte, que, no entanto, é suficiente não apenas para sustentar a vida, mas também para realizar processos exógenos na litosfera, fenômenos físico-químicos na hidrosfera e na atmosfera.

Distinguir entre radiação direta, difusa e total.

Em tempo claro e sem nuvens, a superfície da Terra é aquecida principalmente por radiação direta, que experimentamos como raios solares quentes ou quentes.

Passando pela atmosfera, os raios do sol são refletidos pelas moléculas de ar, gotículas de água, partículas de poeira, desviam de um caminho reto e se espalham. Quanto mais nublado o tempo, mais densas as nuvens e grande quantidade radiação é espalhada na atmosfera. Quando o ar estiver muito empoeirado, por exemplo durante tempestade de poeira ou em centros industriais, a dispersão atenua a radiação em 40–45%.

O valor da radiação espalhada na vida da Terra é muito grande. Graças a ele, os objetos na sombra são iluminados. Também determina a cor do céu.

A intensidade da radiação depende do ângulo de incidência dos raios solares na superfície terrestre. Quando o sol está alto no horizonte, seus raios atingem a atmosfera de forma mais curta, portanto, eles se espalham menos e aquecem mais a superfície da Terra. Por esta razão, com tempo ensolarado, as manhãs e as tardes são sempre mais frescas do que ao meio-dia.

A distribuição da radiação na superfície da Terra é grandemente influenciada pela sua esfericidade e pela inclinação do eixo da Terra em relação ao plano da órbita. Nas latitudes equatoriais e tropicais, o sol está alto acima do horizonte durante todo o ano, nas latitudes médias sua altura varia dependendo da estação, e no Ártico e na Antártica nunca se eleva acima do horizonte. Como resultado, nas latitudes tropicais, os raios do sol são menos espalhados e há mais deles por unidade de área da superfície da Terra do que nas latitudes médias ou altas. Por isso, a quantidade de radiação depende da latitude do local: quanto mais longe do equador, menos entra na superfície terrestre.

O influxo de energia radiante está associado ao movimento anual e diário da Terra. Portanto, nas latitudes médias e altas, sua quantidade depende da época do ano. No Pólo Norte, por exemplo, no verão o sol não se põe além do horizonte por 186 dias, ou seja, 6 meses, e a quantidade de radiação recebida é ainda maior do que no equador. No entanto, os raios do sol têm um pequeno ângulo de incidência e o máximo de radiação é espalhada na atmosfera. Como resultado, a superfície da Terra aquece ligeiramente.

No inverno, o sol no Ártico está abaixo do horizonte e a radiação direta não atinge a superfície da Terra.

Para o número de entradas radiação solar influenciada pela topografia da superfície terrestre. Nas encostas de montanhas, colinas, ravinas, etc., voltadas para o sol, o ângulo de incidência dos raios solares aumenta e eles esquentam mais.

A combinação de todos esses fatores leva ao fato de que não há lugar na superfície da Terra onde a intensidade da radiação seja constante.

O aquecimento da terra e da água não é o mesmo. A superfície terrestre aquece e esfria rapidamente. A água aquece lentamente, mas retém o calor por mais tempo. Isso se explica pelo fato de que a capacidade calorífica da água é maior que a capacidade calorífica das rochas que compõem a terra.

Em terra, os raios do sol aquecem apenas a camada superficial, e em água limpa o calor penetra a uma profundidade considerável, pelo que o aquecimento ocorre mais lentamente. A evaporação também afeta sua velocidade, pois precisa de muito calor. A água esfria lentamente, principalmente porque o volume de água em aquecimento é muitas vezes maior que o volume de terra em aquecimento; além disso, quando esfria, as camadas superiores e resfriadas de água descem para o fundo, ficando mais densas e pesadas, e a água quente sobe para substituí-las das profundezas do reservatório.

O calor acumulado é dissipado pela água de forma mais uniforme. Como resultado, o mar é, em média, mais quente que a terra, e as flutuações da temperatura da água nunca são tão dramáticas quanto as flutuações da temperatura da terra.

Temperatura do ar

Os raios do sol, passando por corpos transparentes, os aquecem muito fracamente. Por esse motivo, a luz solar direta quase não aquece o ar da atmosfera, mas aquece a superfície da Terra, de onde o calor é transferido para as camadas adjacentes de ar. Quando aquecido, o ar fica mais leve e sobe, onde se mistura com o ar mais frio, aquecendo-o por sua vez.

À medida que sobe, o ar esfria. A uma altitude de 10 km, a temperatura é mantida constantemente em torno de 40-45 ° C.

A diminuição da temperatura do ar com a altura é padrão geral. No entanto, muitas vezes há um aumento na temperatura à medida que você sobe. Esse fenômeno é chamado de inversão de temperatura, ou seja, uma permutação de temperaturas.

As inversões ocorrem durante o rápido resfriamento da superfície da Terra e do ar adjacente ou, inversamente, quando o ar frio pesado flui pelas encostas das montanhas para os vales. Lá, esse ar estagna e desloca o ar mais quente pelas encostas.

Durante o dia, a temperatura do ar não permanece constante, mas muda continuamente. Durante o dia, a superfície da Terra aquece e aquece a camada de ar adjacente. À noite, a Terra irradia calor, esfria e o ar esfria. Maioria Baixas temperaturas são observados não à noite, mas antes do nascer do sol, quando a superfície da Terra já cedeu todo o calor. Da mesma forma, a maioria temperaturas altas ar são definidos não ao meio-dia, mas por volta das 15:00.

No equador, o curso diário das temperaturas é uniforme, dia e noite são quase iguais. As amplitudes diurnas nos mares e ao longo das costas marítimas são muito insignificantes. Mas nos desertos, durante o dia, a superfície da terra costuma aquecer até 50–60 ° C e, à noite, geralmente esfria até 0 ° C. Assim, as amplitudes diurnas aqui excedem 50–60°C.

Em latitudes temperadas o maior número a radiação solar entra na Terra nos dias dos solstícios de verão, ou seja, 22 de junho no Hemisfério Norte e 21 de dezembro no Hemisfério Sul. Porém, o mês mais quente não é junho (dezembro), mas julho (janeiro), já que no dia do solstício uma grande quantidade de radiação é gasta no aquecimento da superfície terrestre. Em julho (janeiro) a radiação diminui, mas essa diminuição é compensada pela superfície terrestre fortemente aquecida.

Da mesma forma, o mês mais frio não é junho (dezembro), mas julho (janeiro).

No mar, devido ao fato de a água esfriar e esquentar mais lentamente, a mudança de temperatura é ainda maior. aqui é o mais mês quente agosto, e o mais frio - fevereiro no Hemisfério Norte e, consequentemente, o mais quente - fevereiro e o mais frio - agosto no sul.

A amplitude da temperatura anual depende muito da latitude do local. Assim, no equador, a amplitude durante o ano permanece quase constante e chega a 22–23 °C. As maiores amplitudes anuais são típicas de territórios localizados nas latitudes médias no interior dos continentes.

Qualquer área também é caracterizada por temperaturas absolutas e médias. As temperaturas absolutas são estabelecidas por observações de longo prazo em estações meteorológicas. Portanto, o lugar mais quente (+58 °C) da Terra é o deserto da Líbia; o mais frio (-89,2 °C) está na Antártica, na estação Vostok. No Hemisfério Norte, a temperatura mais baixa (-70,2 °C) foi registrada na vila de Oymyakon, no leste da Sibéria.

As temperaturas médias são definidas como a média aritmética de várias leituras de termômetros. Assim, para determinar a temperatura média diária, as medições são feitas em 1; 7; 13 e 19 horas, ou seja, 4 vezes ao dia. A partir dos números obtidos, encontra-se o valor da média aritmética, que será temperatura média diária esta localidade. Em seguida, encontre a média mensal e temperaturas médias anuais como a média aritmética das médias diárias e mensais.

No mapa, você pode marcar pontos com os mesmos valores de temperatura e traçar linhas conectando-os. Essas linhas são chamadas de isotermas. As isotermas mais reveladoras são janeiro e julho, ou seja, os meses mais frios e quentes do ano. As isotermas podem ser usadas para determinar como o calor é distribuído na Terra. Ao mesmo tempo, regularidades claramente expressas podem ser rastreadas.

1. As temperaturas mais altas não são observadas no equador, mas sim nos desertos tropicais e subtropicais, onde predomina a radiação direta.

2. Em ambos os hemisférios, as temperaturas diminuem das latitudes tropicais para os pólos.

3. Devido à predominância do mar sobre a terra, o curso das isotermas no Hemisfério Sul é mais suave, e as amplitudes de temperatura entre os meses mais quentes e os mais frios são menores do que no Hemisfério Norte.

A localização das isotermas permite distinguir 7 zonas termais:

1 quente, localizada entre as isotermas anuais de 20 °C nos hemisférios Norte e Sul;

2 meses mais quentes moderados entre as isotermas de 20 e 10 °C, ou seja, junho e janeiro;

2 meses frios, localizados entre as isotermas de 10 e 0 °C, são também os meses mais quentes;

2 áreas de geada perpétua onde a temperatura do mês mais quente é inferior a 0°C.

Os limites das zonas de iluminação, passando pelos trópicos e círculos polares, não coincidem com os limites das zonas termais.



A humanidade conhece alguns tipos de energia - energia mecânica (cinética e potencial), energia interna(térmica), energia de campo (gravitacional, eletromagnética e nuclear), química. À parte, vale destacar a energia da explosão, ...

Energia de vácuo e ainda existente apenas em teoria - energia escura. Neste artigo, o primeiro da seção "Engenharia Térmica", tentarei de uma forma simples e linguagem acessível, usando um exemplo prático, para falar sobre a forma de energia mais importante na vida das pessoas - sobre energia térmica e sobre dar à luz a tempo Poder Térmico.

Algumas palavras para entender o lugar da engenharia térmica como um ramo da ciência de obtenção, transferência e uso de energia térmica. A engenharia térmica moderna emergiu da termodinâmica geral, que por sua vez é um dos ramos da física. Termodinâmica é literalmente “quente” mais “potência”. Assim, a termodinâmica é a ciência da "mudança de temperatura" de um sistema.

O impacto no sistema de fora, no qual sua energia interna muda, pode ser o resultado da transferência de calor. Energia térmica, que é ganho ou perdido pelo sistema como resultado dessa interação com o ambiente, é chamado quantidade de calor e é medido no sistema SI em Joules.

Se você não é um engenheiro de calor e não lida com problemas de engenharia de calor diariamente, quando os encontra, às vezes sem experiência, pode ser muito difícil resolvê-los rapidamente. É difícil imaginar até mesmo as dimensões dos valores desejados da quantidade de calor e potência térmica sem experiência. Quantos Joules de energia são necessários para aquecer 1000 metros cúbicos de ar de -37˚С a +18˚С? Qual é a potência da fonte de calor necessária para fazer isso em 1 hora? » Nem todos os engenheiros. Às vezes, os especialistas até lembram as fórmulas, mas poucos conseguem colocá-las em prática!

Depois de ler este artigo até o fim, você poderá resolver facilmente tarefas industriais e domésticas reais relacionadas ao aquecimento e resfriamento. vários materiais. Compreender a essência física dos processos de transferência de calor e o conhecimento de fórmulas básicas simples são os principais blocos na base do conhecimento em engenharia térmica!

A quantidade de calor em vários processos físicos.

A maioria das substâncias conhecidas pode estar nos estados sólido, líquido, gasoso ou plasma em diferentes temperaturas e pressões. Transição de um estado agregado para outro ocorre a temperatura constante(desde que a pressão e outros parâmetros não mudem ambiente) e é acompanhada pela absorção ou liberação de energia térmica. Apesar de 99% da matéria do Universo estar no estado de plasma, não vamos considerar esse estado de agregação neste artigo.

Considere o gráfico mostrado na figura. Mostra a dependência da temperatura de uma substância T na quantidade de calor Q, resumido a um certo sistema fechado contendo uma certa massa de uma determinada substância.

1. Um sólido que tem uma temperatura T1, aquecido a uma temperatura Tm, gastando neste processo uma quantidade de calor igual a Q1 .

2. Em seguida, começa o processo de fusão, que ocorre a uma temperatura constante tpl(ponto de fusão). Para fundir toda a massa de um sólido, é necessário gastar energia térmica na quantidade Q2 - Q1 .

3. Em seguida, o líquido resultante da fusão de um sólido é aquecido até o ponto de ebulição (formação de gás) tkp, gastando nessa quantidade de calor igual a Q3-Q2 .

4. Agora em um ponto de ebulição constante tkp o líquido ferve e evapora, transformando-se em gás. Para converter toda a massa de líquido em gás, é necessário gastar energia térmica em quantidade Q4-Q3.

5. No último estágio, o gás é aquecido a partir da temperatura tkp até alguma temperatura T2. Neste caso, o custo da quantidade de calor será Q5-Q4. (Se aquecermos o gás até a temperatura de ionização, o gás se transformará em plasma.)

Assim, aquecendo o original sólido temperatura T1 até a temperatura T2 gastamos energia térmica na quantidade Q5, traduzindo a substância através de três estados de agregação.

Movendo-se na direção oposta, removeremos a mesma quantidade de calor da substância Q5, passando pelas etapas de condensação, cristalização e resfriamento a partir da temperatura T2 até a temperatura T1. Claro, estamos considerando um sistema fechado sem perdas de energia para o ambiente externo.

Observe que a transição do estado sólido para o estado gasoso é possível, contornando a fase líquida. Esse processo é chamado de sublimação, e o processo inverso é chamado de dessublimação.

Assim, entendemos que os processos de transição entre os estados agregados de uma substância são caracterizados pelo consumo de energia a uma temperatura constante. Quando uma substância é aquecida, que está em uma constante estado de agregação, a temperatura aumenta e a energia térmica também é consumida.

As principais fórmulas de transferência de calor.

As fórmulas são muito simples.

Quantidade de calor Q em J é calculado pelas fórmulas:

1. Do lado do consumo de calor, ou seja, do lado da carga:

1.1. Ao aquecer (resfriar):

Q = m * c *(T2 -T1)

m – massa da substância em kg

Com - calor específico de uma substância em J / (kg * K)

1.2. Ao derreter (congelar):

Q = m * λ

λ – calor específico de fusão e cristalização de uma substância em J/kg

1.3. Durante a ebulição, evaporação (condensação):

Q = m * r

r – calor específico de formação de gás e condensação de matéria em J/kg

2. Do lado da produção de calor, ou seja, do lado da fonte:

2.1. Ao queimar combustível:

Q = m * q

q – calor específico de combustão do combustível em J/kg

2.2. Ao converter eletricidade em energia térmica (lei de Joule-Lenz):

Q =t *I *U =t *R *I ^2=(t /r)*U^2

t – tempo em s

EU – valor atual em A

você – tensão r.m.s. em V

R – resistência de carga em ohms

Concluímos que a quantidade de calor é diretamente proporcional à massa da substância durante todas as transformações de fase e, quando aquecida, é adicionalmente diretamente proporcional à diferença de temperatura. Coeficientes de proporcionalidade ( c , λ , r , q ) pois cada substância tem seus próprios valores e são determinados empiricamente (retirados de livros de referência).

Poder Térmico N em W é a quantidade de calor transferida para o sistema em um determinado tempo:

N=Q/t

Quanto mais rápido queremos aquecer o corpo a uma certa temperatura, mais mais poder deve haver uma fonte de energia térmica - tudo é lógico.

Tarefa aplicada de cálculo em Excel.

Na vida, muitas vezes é necessário fazer um cálculo estimado rápido para entender se faz sentido continuar estudando um tópico, fazendo um projeto e cálculos detalhados e precisos de trabalho intensivo. Tendo feito um cálculo em poucos minutos, mesmo com uma precisão de ± 30%, você pode fazer uma importante decisão gerencial, que será 100 vezes mais barato e 1000 vezes mais eficiente e, como resultado, 100.000 vezes mais eficiente do que fazer um cálculo preciso por uma semana, ou mesmo um mês, por um grupo de especialistas caros ...

Condições do problema:

Nas instalações da oficina de preparação de laminados com dimensões de 24m x 15m x 7m, importamos laminados de um armazém de rua no valor de 3 toneladas. O metal laminado tem gelo com uma massa total de 20 kg. Exterior -37˚С. Que quantidade de calor é necessária para aquecer o metal a + 18˚С; aqueça o gelo, derreta-o e aqueça a água até +18˚С; aquecer todo o volume de ar da sala, supondo que o aquecimento tenha sido totalmente desligado antes disso? Qual deve ser a potência do sistema de aquecimento se todos os itens acima devem ser concluídos em 1 hora? (Condições muito duras e quase irrealistas - especialmente em relação ao ar!)

Faremos o cálculo no programaExcel ou no programaOo Calc.

Para formatação de cores de células e fontes, consulte a página "".

Dados iniciais:

1. Escrevemos os nomes das substâncias:

para a célula D3: Aço

para a célula E3: Gelo

para a célula F3: água gelada

para a célula G3: Água

para a célula G3: Ar

2. Entramos com os nomes dos processos:

nas células D4, E4, G4, G4: aquecer

para a célula F4: Derretendo

3. Calor específico substâncias c em J / (kg * K) escrevemos para aço, gelo, água e ar, respectivamente

para a célula D5: 460

para a célula E5: 2110

para a célula G5: 4190

para a célula H5: 1005

4. calor específico derreter gelo λ em J/kg entrar

para a célula F6: 330000

5. Massa de substâncias m em kg entramos, respectivamente, para aço e gelo

para a célula D7: 3000

para a célula E7: 20

Como a massa não muda quando o gelo se transforma em água,

nas células F7 e G7: =E7 =20

A massa de ar é encontrada multiplicando o volume da sala pela gravidade específica

na célula H7: =24*15*7*1.23 =3100

6. Tempo de processamento t em minutos escrevemos apenas uma vez para o aço

para a célula D8: 60

Os valores de tempo para aquecimento do gelo, seu derretimento e aquecimento da água resultante são calculados a partir da condição de que todos esses três processos sejam somados ao mesmo tempo que o tempo alocado para o aquecimento do metal. Nós lemos de acordo

na célula E8: =E12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,7

na célula F8: =F12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =41,0

na célula G8: =G12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,4

O ar também deve aquecer no mesmo tempo previsto, lemos

na célula H8: =D8 =60,0

7. A temperatura inicial de todas as substâncias T1 em ˚C entramos

para a célula D9: -37

para a célula E9: -37

para a célula F9: 0

para a célula G9: 0

para a célula H9: -37

8. Temperatura final de todas as substâncias T2 em ˚C entramos

para a célula D10: 18

para a célula E10: 0

para a célula F10: 0

para a célula G10: 18

para a célula H10: 18

Acho que não deveria haver perguntas nos itens 7 e 8.

Resultados do cálculo:

9. Quantidade de calor Q em KJ necessário para cada um dos processos que calculamos

para aquecimento de aço na célula D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000 =75900

para aquecimento de gelo na célula E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000 = 1561

para derreter gelo na célula F12: =F7*F6/1000 = 6600

para aquecimento de água na célula G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000 = 1508

para aquecimento de ar na célula H12: =H7*H5*(H10-H9)/1000 = 171330

A quantidade total de energia térmica necessária para todos os processos é lida

na célula mesclada D13E13F13G13H13: =SUM(D12:H12) = 256900

Nas células D14, E14, F14, G14, H14 e na célula combinada D15E15F15G15H15, a quantidade de calor é dada em uma unidade de medida de arco - em Gcal (em gigacalorias).

10. Poder Térmico N em kW, necessário para cada um dos processos é calculado

para aquecimento de aço na célula D16: =D12/(D8*60) =21,083

para aquecimento de gelo na célula E16: =E12/(E8*60) = 2,686

para derreter gelo na célula F16: =F12/(F8*60) = 2,686

para aquecimento de água na célula G16: =G12/(G8*60) = 2,686

para aquecimento de ar na célula H16: =H12/(H8*60) = 47,592

A potência térmica total necessária para executar todos os processos em um tempo t calculado

na célula mesclada D17E17F17G17H17: =D13/(D8*60) = 71,361

Nas células D18, E18, F18, G18, H18 e na célula combinada D19E19F19G19H19, a potência térmica é fornecida em uma unidade de medida de arco - em Gcal / h.

Isso conclui o cálculo no Excel.

Conclusões:

Observe que é necessário mais que o dobro de energia para aquecer o ar do que para aquecer a mesma massa de aço.

Ao aquecer água, os custos de energia são duas vezes maiores do que ao aquecer gelo. O processo de fusão consome muitas vezes mais energia do que o processo de aquecimento (com uma pequena diferença de temperatura).

O aquecimento da água consome dez vezes mais energia térmica do que o aquecimento do aço e quatro vezes mais do que o aquecimento do ar.

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Relembramos os conceitos de “quantidade de calor” e “potência térmica”, consideramos as fórmulas fundamentais para a transferência de calor e analisamos um exemplo prático. Espero que minha linguagem tenha sido simples, compreensível e interessante.

Aguardo perguntas e comentários sobre o artigo!

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