PROIECTARE A CAMEREI CRIOGENICE CU CORP COMPLET PENTRU ATLEȚI

Text completat

(1) UNIVERSITATEA CATOLICĂ DIN SANTA MARÍA. FACULTATEA DE ȘTIINȚE FIZICE ȘI FORMALE ȘI INGINERIE. PROGRAM PROFESIONAL DE INGINERIE MECANICĂ, MECANICĂ ELECTRICĂ ȘI MECATRONICĂ. „PROIECTAREA UNEI CAMERE CRIOGENICE ALE CORPULUI PENTRU ATLEȚI”. TEZĂ PREZENTATĂ DE: FERNANDO MATEO MÁRQUEZ MANRIQUE. PENTRU A OPTA TITLUL PROFESIONAL AL: INGINERUL MECANIC. AREQUIPA - ANUL PERU 2015.

(2) II. DEDICARE. Părinților mei.

(4) IV. ABSTRACT. Scopul acestei teze este de a proiecta o cameră criogenică pentru întregul corp pentru sportivi, persoane cu leziuni musculare și/sau persoane care doresc să profite de crioterapie. Proiectarea este împărțită în două componente principale: un sistem de alimentare cu azot evaporat plus aer uscat și o cameră de o persoană unde se află utilizatorul. Temperatura medie în interiorul camerei este de -100 ° C. Funcționarea echipamentului începe cu furnizarea de azot lichid printr-un furtun criogen din rezervorul LN2 către echipament. O electrovalvă (normal închisă) controlează trecerea azotului către evaporator. În timpul unei sesiuni de 3 minute, supapa este deschisă permițând evaporarea azotului din interiorul schimbătorului de căldură. În același timp, aerul este furnizat schimbătorului de căldură (exterior) în care este dezumidificat și apoi se amestecă cu azotul evaporat și astfel intră în camera utilizatorului. După obținerea prețurilor pentru unele componente și luarea prețurilor de referință pentru altele, un cost estimat pentru trimiterea unei camere criogenice la fabricație este de 5295,00 USD (minus costurile suplimentare de import). După o analiză rapidă, s-a stabilit, de asemenea, că pentru o perioadă de recuperare de 1,5 ani, compania care dorește să furnizeze serviciul de crioterapie ar putea percepe pentru fiecare sesiune S/.60.00.

(5) V. INDICE CAPITOLUL I GENERAL. 15 1.1 . CONTEXTUL TEMEI. 15. 1.2 . DESCRIEREA PROBLEMEI. 16. 1.3 . OBIECTIVE. 17. 1.3.1 . OBIECTIV GENERAL. 17. 1.3.2 . OBIECTIVE SPECIFICE. 17. 1.4 . JUSTIFICARE. 17. 1.5 . DOMENIU DE APLICARE ȘI LIMITĂRI. 18. CAPITOLUL II CADRUL TEORETIC. 19 2.1 . CADRU CONCEPTUAL GENERAL. 19. 2.1.1 . CRIOTERAPIE. 19. 2.1.2 . NIVELUL BIOCHIMIC. 20. 2.1.3 . NIVELUL ENERGETIC. 21. 2.1.4 . NIVELUL INFORMATIV. 21. 2.1.5 . METODE DE UTILIZARE A FRIGULUI. 22. 2.1.6 . COMPARAȚIA CRIOTERAPIEI CU BĂILE DE APĂ ÎN GHEȚĂ. 24. 2.1.7 . AVANTAJELE CRIOTERAPIEI CU O CAMERĂ CRIOGENICĂ. 25. 2.1.8 . CONTRAINDICAȚIILE CRIOTERAPIEI ÎNTREGULUI CORP [12]. 26. 2.1.9 . AZOTUL LICHID COMPARAT CU ALTE METODE DE ÎNGELARE. 26. 2.1.10 . TIPURI DE CAMERE CRIOGENICE. 29. 2.1.11 . ELEMENTE PRINCIPALE ALE CAMEREI CRIOGENICE. 31. 2.2 . TERMODINAMICA LA TEMPERATURI CRIOGENICE. 36. 2.3 . Transferul de căldură. 37. 2.4 . CLASIFICAREA TRANSFERULUI DE CĂLDURĂ. 38. 2.5 . TRANSFER CONDUCTIV DE CALDURĂ. 39. 2.6 . TRANSFER CONVECTIV DE CALDURĂ. 40. 2.6.1 . CONVECȚIE EXTERNĂ FORȚATĂ. 41. 2.6.2 . CONVECȚIE INTERNĂ FORȚATĂ. 56. 2.7 . TRANSFERUL DE CALDURĂ PRIN RADIARE. 57. 2.8 . FIERBERE ÎN DEBIT. 58.

(8) VIII. CAPITOLUL V COSTURI. 215 5.1 . BUGET. 215. 5.2 . LIMITĂRI. 216. 5.3 . COST PER SESIUNE. 216. 5.4 . REVENIREA INVESTIȚIEI. 216. CAPITOLUL VI AUTOMATIZAREA. 220 6.1 . OBIECTIVELE AUTOMATIZĂRII. 220. 6.2 . PĂRȚILE MAȘINII IMPLICATE ÎN AUTOMATIZARE. 221. 6.3 . SELECȚIA ȘI CARACTERISTICILE CONTROLLERULUI LOGIC PROGRAMABIL. 223. 6.4 . PARAMETRI DE PROIECTARE A CONTROLULUI AUTOMAT. 224. 6.4.1 . INTRĂRILE SISTEMULUI CARE TREBUIE CONTROLATE. 224. 6.4.2 . IEȘIRILE DE SISTEM CARE TREBUIE CONTROLATE. 225. 6.4.3 . DEFINIȚIA SIMBOLELOR. 226. 6.5 . PROGRAM DE CONTROL, SUPRAVEGHERE ȘI SIMULARE CU SOFTWARE-ul TWIDO SUITE. 227. 6.5.1 . EXPLICAȚIA PROGRAMULUI DE CONTROL. 230. CAPITOLUL VII SECURITATEA ÎN SISTEME CRIOGENICE. 231 7.1 . RISCURI FIZIOLOGICE. 231. 7.1.1 . ÎNGELARE. 231. 7.1.2 . ASFIXIA NITROGENĂ. 233. CONCLUZII. 234 RECOMANDĂRI. 235 BIBLIOGRAFIE. 236 ANEXE. 240 PLANURI. 313.

(12) XII. FIGURA 4-63: REZULTATUL ÎNLOCUIRII. 205 FIGURA 4-64: REZULTATUL EFORTULUI VON MISES. 205 FIGURA 4-65: REZULTATUL EFORTULUI VON MISES. 207 FIGURA 4-66: REZULTATUL DEFORMĂRII. 208 FIGURA 4-67: REZISTENȚA LA IMPACTUL DIVERSELOR METALE. 211 FIGURA 4-68: VEDERE FRONTALĂ A CI. 213 FIGURA 4-69: VEDERE TĂIATĂ A UNEI FIN. 214 FIGURA 6-1: VEDERE ISOMETRICĂ DE TĂIERE A CAMEREI CU ACCESORII DE AUTOMATIZARE. 222 FIGURA 6-2: MODEL TWIDO PLC TWDLCAA24DRF (24E/S). 223 FIGURA 6-3: INTRĂRI PLC. 224 FIGURA 6-4: IEȘIRI PLC. 225 FIGURA 6-5: PROGRAM DE SCARĂ PENTRU CONTROLUL ȘI SUPRAVEGHEREA SISTEMULUI. 229 FIGURA 7-1: ECHIPAMENTE PERSONALE COMUNE DE PROTECȚIE PENTRU MANIPULAREA FLUIDELOR CRIOGENICE. 232. LISTA TABELELOR TABELUL 2-1: COMPARAȚIE ÎNTRE UTILIZAREA UNEI CAMERE CRIOOGENICE ȘI A BĂILOR CU APĂ ÎN GHEȚĂ. 24 TABELUL 2-2: COMPARAȚIE ÎNTRE RĂCIRE CU NITROGEN LICHID ȘI CO2 [23]. 27 TABELUL 2-3: COMPARAȚIE ÎNTRE CONGELAREA NITROGENULUI LICHID ȘI COLDUL MECANIC [23]. 29 TABEL 2-4: VALORI TIPICE ALE COEFICIENTULUI TRANSFERUL DE CĂLDURĂ PRIN CONVECȚIE. 41 TABELUL 2-5: CORELAȚIILE NUMĂRULUI NUSSELT PENTRU DEBITUL CRUZ PENTRU BANCA TUBULUI, PENTRU NL> 16 ȘI 0,7

16 ȘI ROȘU> 1000. 54 TABELUL 2-7: COEFICIENTI DE PIERDERE DATĂ DE SCHIMBĂRI DE DIRECȚIE (COATE) ϚCD. 68 TABELUL 2-8: FACTORI REPREZENTATIVI DE INCRUSTARE. 71 TABEL 2-9: COEFICIENTI DE TRANSFER DE CALDURĂ DE CONVECȚIE PENTRU UN CORP CU ÎMBRĂCĂMINTE, LA 1 ATM (V ÎN M/S) (COMPILAT DIN DIN MAI MULTE SURSE). 77 TABELUL 3-1: LISTA CERINȚELOR PROIECTULUI. 86 TABELUL 3-2: CUTIE NEGRĂ A PROCESULUI DE DESCĂRCARE LN2. 95 TABELUL 3-3: CUTIE NEGRĂ A PROCESULUI DE EVAPORARE LN2. 96 TABELUL 3-4: CUTIE NEGRĂ A PROCESULUI DE AMESTECARE ȘI ALIMENTAREA AERULUI SECAT PLUS NITROGEN EVAPORAT. 97 TABELUL 3-5: CUTIE NEGRĂ A PROCESULUI DE EXTRACȚIE A VAPORULUI RESTANT. 97 TABELUL 3-6: CUTIE NEGRĂ A PROCESULUI DE AUTOMATIZARE, CONTROL ȘI SUPRAVEGHERE. 98 TABELUL 3-7: PROCESUL DE DESCĂRCARE LN2. 100 TABELUL 3-8: PROCESUL DE EVAPORARE LN2. 100 TABELUL 3-9: PROCESUL DE AMESTECARE ȘI ALIMENTAREA AERULUI SECAT PLUS CU AZOT EVAPORAT. 101.

(15) 15. CAPITOLUL I GENERAL. 1.1 CONTEXTUL SUBIECTULUI Acest proiect apare din necesitatea sportivilor din Arequipa de a aplica frigul la extremități după antrenament dificil, deoarece beneficiile antiinflamatorii ale frigului sunt cunoscute în întreaga lume și acesta este modul în care acest proiect încearcă să optimizeze și să îmbunătățească metodele utilizate în prezent . Metodele utilizate în mediul nostru sunt descrise mai jos, . Compresele de gheață, formate dintr-un sac plin cu cuburi de gheață, această metodă este dureroasă deoarece gheața provoacă senzație de arsură . . Băi de gheață, formate dintr-o cadă cu apă și cuburi de gheață în care sportivul se scufundă, cu dezavantajele umidității și durerii generate la nivelul extremităților. Spray-urile reci sunt spray-uri aplicate intermitent pe zona afectată. În paralel cu aceste metode, tehnologia criogenică a fost utilizată pentru ameliorarea bolilor în câteva țări europene. Această tehnologie folosește o cameră criogenică sau criosaună.

(18) 18. Prin proiectarea acestui echipament, se poate oferi o alternativă la metodele convenționale de aplicare la rece, care sunt dureroase și nu ating temperaturi la fel de scăzute ca azotul. 1.5 DOMENIU DE APLICARE ȘI LIMITĂRI Această lucrare va arăta proiectarea și modul de construire a unei camere criogenice pentru o persoană care va consta dintr-un cilindru tapițat cu ușă, împreună cu un sistem de alimentare cu azot lichid vaporizat, văzând necesitatea optimizării dispozitivelor care alcătuiesc sistemul menționat, cum ar fi rezervorul sub presiune, furtunurile de alimentare N2, ventilatorul, conducta de abur, supapele și sistemul electronic de control. Astfel, costul de fabricație și funcționare al mașinii este cel mai eficient posibil. Printre limitările acestui proiect se numără lipsa componentelor necesare, pentru proiectarea camerei criogenice, care va forța importul de componente din străinătate, ceea ce face ca prețul să crească considerabil. O altă limitare a acestui proiect este implementarea automatizării, deoarece proiectarea se concentrează mai mult pe partea termică și structurală, și nu pe partea electrică/electronică...