TERMENII BILANTULUI ENERGETIC

TERMENII BILANTULUI ENERGETIC

Consumurile finale de energie la nivelul unui perimetru dat, in interiorul caruia se desfasoara in mod organizat o activitate de tip industrial, pot imbraca mai multe forme :

energie electrica;

energie mecanica;

caldura;

frig;

combustibil;

aer comprimat.

Un flux de energie care intra in mod organizat in conturul unei intreprinderi industriale, poate fi alocat in principiu fie unui proces de transformare, fie unui proces de consum final. Fluxurile de energie direct utilizabila, disponibile in perimetru intreprinderii pentru procesele de consum final, atat cele provenite din exteriorul cat si cele generate in interiorul acestuia, pot fi incadrate intr-una dintre urmatoarele doua categorii:

a)      consumuri directe (tehnologice), aferente in mod nemijlocit etapelor realizarii unui produs sau prestarii unui serviciu;

b)      consumuri indirecte, aferente activitatilor conexe desfasurate in perimetrul respectiv.

Consumurile indirecte contribuie la asigurarea si sustinerea logistica a activitatii de productie propriu-zise. Activitatile indirecte (conexe) includ planificarea, monitorizarea, contabilizarea, aprovizionarea, asigurarea conditiilor de munca, transportul intern, distributia, paza, etc.

Deosebirea intre consumurile directe si cele indirecte nu este doar una formala. In afara faptului ca ele nu sunt in mod necesar simultane, cele doua categorii de consumuri de energie au de obicei si caracteristici diferite. De aceea este recomandabil ca la intocmirea inventarului sa se precizeze din ce categorie face parte o anumita cerere sau un anumit consum de energie.

In raport cu conturul de bilant stabilit se definesc categoriile de intrari si iesiri din acest contur. In general, fluxurile materiale continue sau discontinue intrate intr-un contur dat pot fi clasificate in trei categorii :

a)      resurse primare, care pot fi materiale si/sau energetice;

b)      semifabricate (produse sau obiecte partial procesate);

c)      energie direct utilizabila.

Iesirile din conturul respectiv pot fi la randul lor clasificate in patru categorii si anume :

a) produsul principal;

b)      produsul sau produsele secundare;

c)      resursele secundare materiale si/sau energetice;

d)      pierderi directe de energie.

Dupa ce au fost identificate, fluxurile de energie care intra si care ies trebuie apoi sa fie cuantificate. Oricare dintre termenii bilantului energetic, fie ca este o marime de intrare sau o marime de iesire, poate fi determinat ca valoare (cuantificat) in mai multe moduri si anume :

direct prin masurare;

prin masurarea in prealabil a uneia sau mai multor marimi, urmata de calculul termenului de bilant pe baza acestor marimi;

in baza unor anumite informatii provenind din proiectul tehnic sau din alte surse.

Cele mai multe situatii impun cunoasterea bilantului de masa inaintea intocmirii bilantului energetic. Bazat pe analize chimice, pe masuratori, pe calcule sau numai pe estimari, bilantul de masa precede intocmirea bilantului energetic deoarece determinarea tuturor termenilor bilantului energetic prin masurare directa fie nu este tehnic posibila, fie nu este rationala. Astfel, caldurile sensibile absolute si cantitatile de caldura sensibila asociate unor cantitati sau unor debite de substanta se calculeaza inmultind cantitatea sau debitul de substanta cu caldura specifica si cu temperatura in cazul caldurii absolute sau numai cu o diferenta de temperatura in cazul cantitatii de caldura.

Efectul termic al reactiilor chimice care au loc in interiorul conturului de bilant nu poate fi masurat direct. El poate fi insa estimat cu suficienta precizie prin calcul, cu conditia cunoasterii transformarilor chimice care au loc in interiorul conturului de bilant atat sub aspect cantitativ cat si sub aspect calitativ. Prin urmare trebuie bine cunoscuta cantitatea si compozitia chimica a fluxurilor de masa care intra si care ies din conturul de bilant.

Efectul termic al reactiilor chimice se determina prin calcul conform teoriilor chimiei fizice si constantelor disponibile in literatura de specialitate pentru fiecare reactie. Caldura dezvoltata de reactiile chimice exoterme este considerata intrare in conturul de bilant, in timp ce caldura absorbita de reactiile chimice endoterme este considerata iesire din conturul de bilant.

Caldura dezvoltata prin arderea combustibililor, desi este tot efectul unor reactii chimice exotermice de oxidare, se stabileste prin determinari experimentale sau de laborator facute concomitent cu desfasurarea masuratorilor de bilant. Stabilirea puterii calorifice a unui combustibil trebuie in general complectata cu analiza elementara sau cu compozitia chimica a combustibilului respectiv. Pentru determinarile compozitiei si puterii calorifice trebuie respectate recomandarile referitoare la asigurarea reprezentativitatii probei de combustibil. In cazul combustibililor gazosi este permisa stabilirea puterii calorifice pornind de la compozitia amestecului de gaze determinata experimental si de la puterile calorifice ale componentelor combustibile.

Continutul de caldura al unui flux de masa se calculeaza ca produs intre debitul sau cantitatea de masa si entalpia specifica, care se gaseste in tabele sau se calculeaza cu ajutorul relatiilor analitice specifice disponibile in manualele de specialitate. In lipsa acestor date este necesara determinarea caldurii specifice si/sau latente in laborator, probele fiind prelevate in timpul masuratorilor de bilant. Determinarea experimentala a caldurii specifice sau latente poate fi inlocuita in anumite situatii cu rezultatele obtinute cu ajutorul unor relatii analitice aproximative utilizate in chimie, care pornesc de la structura moleculei si de la legaturile intre atomi si/sau radicali.

Pierderile de caldura prin radiatie si convectie in mediul exterior se recomanda sa fie stabilite prin calcule. Acolo unde ele sunt putin semnificative se accepta stabilirea lor prin conditia de inchidere a bilantului.

Conditia conservarii energiei in cazul intocmirii bilantului energetic al activitatii desfasurate in perimetrul analizat este exprimata matematic prin relatia :

W W    W W    W W

'^rREP^'^rEDU PP ^T ' RES ^T PDE ^T ACU X^¹)

unde W_REP reprezinta continutul de energie al fluxului sau fluxurilor de energie primara, WEDU reprezinta continutul de energie al fluxului sau fluxurilor de energie direct utilizabila, WPP reprezinta continutul de energie al produsului principal, WRES reprezinta continutul de energie al fluxului sau fluxurilor de resurse energetice secundare, WPDE reprezinta fluxul de energie pierduta direct in mediul ambiant iar WACU reprezinta cantitatea de energie disipata prin efect de acumulare. Ultimul termen apare doar in cazul proceselor discontinue, marimea sa putand fi in anumite cazuri semnificativa iar in altele neglijabila. Termenii bilantului energetic pot fi exprimati, dupa caz, in W si multiplii, in cazul unor activitati de tip continuu, sau in J si multiplii, in cazul unor activitati de tip discontinuu.

Resursele materiale pot fi in acelasi timp si resurse energetice, avand valoare energetica sau un anumit continut de energie, pot fi de diverse feluri si se pot prezenta sub diverse forme. In general, prin resurse energetice primare sau energie primara se inteleg substante combustibile conventionale (carbuni, petrol si derivatele sale, gaz natural, alti combustibili sintetici, etc), in timp ce prin energie direct utilizabila se intelege o forma de energie rezultata de obicei prin conversia energiei primare, care poate fi consumata ca atare :

energia electrica;

energia mecanica;

caldura;

frig;

aer comprimat.

Din conturul de bilant considerat iese in primul rand produsul principal, care este scopul activitatii analizate. In unele cazuri, pe langa acesta mai ies si unul sau mai multe produse secundare, deseuri, reziduuri sau resurse secundare (materiale si/sau energetice). Trebuie precizat ca produsul principal poate avea si el un anumit continut de energie, care ii poate conferi si calitatea de resursa energetica secundara.

In categoria pierderilor directe de energie ale unui contur dat intra in primul rand urmatoarele :

caldura transmisa mediului inconjurator prin peretii a caror temperatura este mai mare decat temperatura ambientului,

energie mecanica transformata in caldura prin frecare in lagare;

caldura generata in anumite situatii prin efectul termic al curentului electric.

Analiza eficientei energetice a unei activitati desfasurate intr-un anumit contur porneste in primul rand de la cantitatea si calitatea resurselor energetice secundare disponibilizate. Resursele energetice secundare (res) reprezinta cantitati sau fluxuri de energie de orice fel, evacuate dintr-un contur in care se desfasoara o activitate productiva si care nu pot fi reciclate (valorificate tot in activitatea respectiva) decat prin modificari aduse instalatiilor aflate in conturul respectiv.

Resursele energetice secundare pot fi clasificate in functie de natura continutului lor de energie in patru categorii distincte :

combustibile;

termice;

de suprapresiune;

cinetice.

Res combustibile pot fi intalnite in stare gazoasa (gaz de cocs, gaz de furnal, gaze eliminate ca purja dintr-o instalatie de sinteza, etc), lichida (lesie) sau solida (deseuri lemnoase, paie, cocs marunt, etc). Indiferent de starea de agregare, ele se caracterizeaza prin compozitia si puterea lor calorifica.

Res termice pot fi agenti termici fluizi (aer cald, gaze de ardere, gaze de proces, abur uzat, condensat, etc) sau substante solide (laminate, piese si materiale tratate termic, cocs fierbinte, zgura, etc). Ele se caracterizeaza prin nivelul de temperatura cu care ies din conturul de bilant, dar si prin capacitatea de a transfera aceasta caldura sensibila sau latenta unui alt mediu.

Res de suprapresiune sunt in general gaze avand o presiune mai mare decat presiunea atmosferica, deci un continut de energie potentiala.

Res cinetice sunt cunoscute si sub denumirea de volanti sau mase inertiale franate.

Resursele energetice secundare care ies dintr-un contur de bilant oarecare pot cumula mai multe astfel de caracteristici. De exemplu, un flux de gaze evacuat dintr-o instalatie poate avea in compozitia sa elemente combustibile (metan, hidrogen, oxid de carbon, etc), dar in acelasi timp poate avea o temperatura si eventual o presiune mai mari decat acelea ale mediului ambiant.