CASE Tværfagligt Projekt

Transkript

1 SIMAC 2011 CASE Tværfagligt Projekt Studienr. Navn Underskrift Christian Bækmark Schiolborg Forfatter: Claus Frænde Thaarup Hans Rasmus Skytte Rasmus Vig Vandsø Michael Rahlff Vejleder: Modulnavn: Modulnr.: Opgavetype: Uddannelsesretning: Eksamenstermin: Torben Bonde & Søren Nyborg Hansen Tværfagligt Elektroteknik & TMA Case SE-MSK Afleveringsdato: Antal tegn rapport: 9239 Max antal tilladte tegn: 9600 Nr. Hold Kvittering: Dato Modtagerens underskrift

2 Indholdsfortegnelse Forord... 3 Opgave... 4 Afgrænsning... 5 Indledning... 6 Analyse af kølecontainer SCI Kølesystemet... 8 Udvidelse af el- distributionssystem... 9 Installation på selve skibet Bilagsliste Kilder... 16

3 3 Forord Denne rapport er udarbejdet af en gruppe studerende og vil beskrive gruppens løsningsforslag til udvidelse af kølecontainer kapacitet ombord på det dansk registreret skib, Clementine Maersk. Kunden, A.P. Møller Maersk (APMM), har leveret alle oplysninger om skibet samt informationer fra firmaets egne kølecontainere 1. Der er også stillet guidelines vedrørende transport af kølelast til rådighed. Ordene container og kølecontainer, vil i denne rapport blive brugt i flæng. Der menes dog 40 kølecontainere hver gang. 1 Starcool Operating and Service Manual.pdf Cool Performance.pdf Q Liner.pdf Starcool intergrated.pdf

4 4 Opgave L. 184 m/s Clementine Maersk ejes og drives af A.P. Møller Maersk. Det blev leveret til APM d og sejler nu i rute A9 der går fra Fjernøsten til Europa. APMM ønsker at få udvidet kølecontainer kapaciteten på serien L181, L182, L183, L184 fra 817 til 917 RFEU. De ekstra kølecontainere skal transporteres i følgende lastrum: Hold 4

5 5 Hold 6 Kølecontainerne skal primært indeholde fisk, broccoli og bananer. Kunden ønsker at få et overblik over udvidelse af el- distributionssystemet samt et overblik over om kølecontaineren, materialet præsentere, kan klare lasten under de forhold man kan forvente skibet vil sejle i. Afgrænsning Kunden ønsker ikke en undersøgelse af udvidelsesmulighederne af kølvandssystemet til kølecontainere, det klares af skibets egen besætning. Der er ikke behov for at udvide selve elforsyningen, da det er blevet oplyst at skibets 5 generatorer har tilstrækkelig kapacitet til at overkomme den ekstra last.

6 6 Indledning Denne rapport indeholder en analyse af skibets rute for at klarlægge de forhold, man kan forvente at kølecontainerne bliver udsat for. Dette vil blive brugt til at analysere containerens energibalance. Derudover vil der blive givet forslag til udvidelse af distributionsnettet. Analyse af kølecontainer SCI- 40 Undersøgelse af om SCI- 40 kan benyttes på den ønskede rute. Der er taget udgangspunkt i kundens ønsker om: Der ønskes benyttet følgende RFEU: Starcool Integrated 40 fods container (SCI- 40). Skibets nuværende rute mellem Singapore og England, via Suez Kanalen. Indholdet i RFEU er nedfrosset/nedkølet til den korrekte temperatur på forhånd. Den valgte container skal kunne transportere frossen fisk, broccoli og grønne bananer. I henhold til kundens ønske er der regnet med følgende klima i containerne: Frossen fisk: - 20 C og ingen luftudskiftning. Broccoli: 0 C og 20 m 3 /h luftudskiftning. Stuvefaktoren er 3 m 3 /ton. Bananer: 14 C og 30 m 3 /h luftudskiftning. Stuvefaktoren er 2,3 m 3 /ton. Der er lavet køleberegninger til følgende fem scenarier: 1. Maksimal Belastning: Lufttemperatur 50 C og luftfugtighed 92 % Singapore og det Indiske Ocean: Lufttemperatur 27 C og luftfugtighed 81 %. 50 % af den samlede rute. 3. Det Røde Hav: Lufttemperatur 35 C og luftfugtighed 52 %. 19 % af den samlede rute. 4. Middelhavet: Lufttemperatur 18 C og luftfugtighed 66 %. 13 % af den samlede rute. 5. Sydengland og Nordatlanten: Lufttemperatur 10 C og luftfugtighed 85 %. 19 % af den samlede rute. Der regnes med en modningsvarme på henholdsvis 120 W/t og 84 W/t for broccoli og bananer 3 under normale omstændigheder. Under maksimal belastning er modningsvarmen dog sat til henholdsvis 200W/t og 130W/t for broccoli og bananer, som er det maksimale modningsvarmen kan antage. 2 Værst tænkelige forhold på skibets rute Hentet fra diverse lodshåndbøger 3 Bogen Guide to food transport

7 7 Resultatet af køleberegningerne i bilag 1, kan ses i nedenstående tabel. Fisk Broccoli Bananer Max. belastning 4,2 kw 9,6 kw 8,9 kw Singapore 2,5 kw 6,6 kw 5,3 kw Det Røde Hav 2,8 kw 7 kw 5,8 kw Middelhavet 2,1 kw 6 kw 4,6 kw Nordatlanten 1,8 kw 5,6 kw 4,6 kw Sammenholdes maksimalbelastningen med ovenstående data 4 ses det at: Frossen fisk kræver en kuldeydelse på 4,2 kw ved - 20 C og at SCI- 40 kan levere 6,5 kw ved - 18 C. Broccoli kræver en kuldeydelse på 9,6 kw ved 0 C og at SCI- 40 kan levere 11,5 kw ved 1,7 C. Bananer kræver en kuldeydelse på 8,9 kw ved 14 C og uden at det fremgår af producentens data, vurderer vi at det ikke vil være noget problem at levere denne kuldeydelse. Det skal yderligere noteres at: Effekterne for maksimalbelastning er beregnet ved en udendørstemperatur på 50 C, mens fabrikanten har opgivet effekterne ved 37,8 C. Skibets rute gør, at den krævede kuldeydelse gennemsnitlig er væsentlig mindre end ved maksimal belastning. 4 Cool Performance.pdf

8 8 Kølesystemet Systemet på Reeferne er opbygget efter følgende måde, og kan ses på bilag 3. Kompressoren er en to- trins stempelkompressor, der er udstyret med fire stempler; to til lavtryk og to til højtryk. Efter kompressoren føres kølemidlet igennem en luftkølet kondensator, der er også mulighed for bruge kølevand til at køle yderligere i receiveren. Herefter sendes kølemidlet igennem et tørrefilter, for at sikre, at der ikke sker syredannelse i systemet grundet vand i kølemidlet, samt at drøvleorganerne ikke fryser til. Efter filteret ledes kølemidlet af to veje, den ene går via et drøvleorgan igennem en varmeveksler, hvor den anden går direkte til varmeveksleren. Dette gøres for at underkøle kølemidlet inden det kommer ind i fordamperen. Det kølemiddel der ledes igennem drøvleorganet inden varmeveksleren bliver derefter ledt til højtrykskompressoren. Det underafkølede kølemiddel der bliver ledt op til fordamperen går igennem et drøvleorgan. Fra fordamperen ledes kølemidlet til lavtrykskompressoren og efter lavtrykskompressoren føres alt kølemidlet igennem højtrykskompressoren.

9 9 Udvidelse af el- distributionssystem Ombord på Clementine Maersk forsynes skibets hovedtavle af skibets 5 x 3000 kw 6,6 kv diesel generatorer. Fra hovedtavlen forsynes skibets større forbrugere, tvær propeller m.fl. samt skibets distributions transformerer. Der ønskes at installere den nye distributionsline fra hovedtavle, via ny 6,0/0,44 kv transformer til lastrum 4 og 6. Der er foretaget beregninger for at klarlægge effektforbruget for en kølecontainer. Der er lavet følgende antagelser til el- beregningerne. Cosφ for blæser motorerne. Primær og sekundær spænding på transformer data. Koblingsciffer for Trafo 2 Da skibet sejlede med de samme container før udvidelsen, var den gamle cosφ = 27,183 o Data for elektriske hovedkomponenter i køleanlæg beregnet ud fra max belastning Pull Down Mode. Kompressor: 400 V cosφ = 0,90 In = 15,5 A P = 5,5 kw Fordamper: 400V cosφ = 0,85 In = 2,25904 A P = 0,75 kw Kondensator: 400V cosφ = 0,85 In = 2,25904 A P = 0,75 kw PKølecontainer = 7,0 kw Ikølecontainer = 19,9992 cosφ = 0, ,183 o Skølecontainer = 6200 VA Da kølecontainerne kører uafhængigt af hinanden, beregnes den maksimale belastning ud fra, at alle containeren kører i Pull Down mode og dermed vil den totale belastning være: SMax = 6,2 kva x 100 = 620 kva På skibet er der i forvejen installeret følgende transformere til forsyning af kølecontainere. Trafo 1 (Fabrikant: Siemens) Type GEAFOL - 4GB6138-8DH Rated voltages U1: 6.6 kv U2: 0,4 kv Rated power SN: 1250 kva Rated frequency 60 Hz Vector- group symbol Guaranteed values Rated impedance voltage ek: 6,3 % DY11 P0: 2600 W Pk: W v/120 o C

10 10 Følgende transformer foreslåes tilføjet til eksisterende installation. Trafo 2 (Fabrikant: ABB) Type EcoDryULTRA Rated voltages U1: 6.6 kv U2: 0,4 kv Rated power SN: 800 kva Rated frequency 60 Hz Vector- group symbol DY7 Guaranteed values P0: 520 W Pk: 5600 W v/120 o C Rated impedance voltage ek: 6,0 % Der planlægges at tilslutte den nye transformer parallelt med en af de eksisterende transformere. Følgende 3 punkter er kontrolleret for at sikre at transformerne kan parallelkobles. 1) Samme omsætningsforhold. 2) Samme ek af hensyn til lastfordelingen. 3) Samme Koblingsciffer eller gruppe. Ad 1) Begge transformere har følgende omsætningsforhold: Ad 2)! = 6600! 400! = 16,5 De to transformere har ikke samme ek. Følgende beregninger viser dog, at installation af trafo 2 vil opfylde kravet til det samlede behov. Trafo 2 på 800 kva har laveste ek = 6,0 % og sættes derfor til belastningsgrad m2 = 1.!!!! =!!!!!!!! = 6 6,3 = 0,9524!!!!"# =!!!!! = 0, !"# = 1190!"# Effekt til rådighed: kva = 1990 kva Vi antager at trafo 1 var fuldt belastet før installationen af trafo 2. Effekt krav: kva = 1870 kva.

11 11 Ad 3) DY11 ligger i gruppe med DY 7 i gruppe 4. Vi tager udgangspunkt i at sekundærsiden på trafo 1 er koblet som følger; a1 kobles til l1 b1 kobles til l2 c1 kobles til l3 Dette vil betyde at trafo 2 skal kobles som følger på sekundær siden. a2 kobles til l3 b2 kobles til l1 c2 kobles til l2 Beregning af fuldlast strømmen:!!!! =!!!!"# 3!!! = 1190!"# = 1,72!" 3 400!!!! =!!!!"# 800!"# = = 1,15!"! 3!!! 3 400! Beregning af kortslutningsspændingen:!!! =!!!!!! 100 %!!! =!!!!!! 100 % = 6, % = 415,8! = 6,0 6600! 100 % = 396!

12 Udvidelse af kølecontainerkapacitet på Clementine Maersk 12 Beregning af φk:!!! φ!! =!"#$!!!!!! =!"#$!!!! φ!! =!"#$!!!!!! =!"#$!!!"##!!"#,!!!,!"!"!"##!!"#!!,!"!" = 89,1 o = 89,3 o Δφ = 89,3 89,1 = 0,2 o Beregning af den strøm der trækkes ved optimal belastning:!!!"#$%&' =!!!!!!"!!!"!! = 1,72!" 2600! = 821,4! 11400! = 1,15!" 520! = 350,4! 5600!!!!!"#$%&' =!!!!!!"!!!"!!!!"#,! Optimal belastning for trafo 1 =!"#$ 100 % = 47,8 %!"#,! Optimal belastning for trafo 2 =!!"# 100 % = 30,5 % Tværfagligt Projekt El & TMA SE2 - SIMAC

13 13 Ud fra følgende formler er der tegnet to belastningsdiagrammer.!! =!!!!"#φ!!!!!"#φ! +!!" +!!"!!!!!!" =!!"!!!! PFe Trafo 1 Virkningsgrad som funktion af belastningsgrad 1 0,75 0,5 0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Trafo 2 Virkningsgrad som funk@on af belastningsgrad 1 0,75 0,5 0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

14 14 Installation på selve skibet Den nye installation kan ses indtegnet med rødt i skitsen herunder. Der er angivet to mulige steder for installation. A og B.

15 15 Bilagsliste. Bilag 1 Bilag 2 Bilag 3 Excel ark med køleberegninger. H LogP diagram for kølesystem. Skitse af kølesystem.

16 16 Kilder Cool Performance.pdf Hentet fra Starcool Operating and Service Manual.pdf hentet fra manuals.aspx Q Liner.pdf Hentet fra Starcool intergrated.pdf Hentet fra Bøger: Guide to food transport Fish, Meat and Dairy products ISBN: Guide to food transport Fruits and Vegetables ISBN: