Как рассчитать мощность тэна

Расчет ТЭНа

Допустимая удельная поверхностная мощность PF=P⁄F,

где Р – мощность проволочного нагревателя, Вт;

F=π∙d∙l – площадь поверхности нагревателя, м2; l – длина провода, м.

Согласно первому методу

где ρд – удельное электрическое сопротивление материала провода при действительной температуре, Ом•м; U – напряжение проволочного нагревателя, В; PF – допустимые значения удельной поверхностной мощности для различных нагревателей:

Во втором методе используют таблицу токовых нагрузок (см. таблицу 1), составленную по экспериментальным данным. Для того чтобы воспользоваться указанной таблицей, необходимо определить расчетную температуру нагрева Tр, связанную с действительной (или допустимой) температурой провода Tд соотношением:

где Kм – коэффициент монтажа, учитывающий ухудшение условий охлаждения нагревателя из-за его конструктивного исполнения; Kс – коэффициент среды, учитывающий улучшение условий охлаждения нагревателя по сравнению с неподвижной воздушной средой.

Для нагревательного элемента из провода, свитого в спираль, Kм=0,8…0,9; то же, с керамическим основанием Kм=0,6…0,7; для провода нагревательных плиток и некоторых ТЭНов Kм=0,5…0,6; для провода электронагревателей пола, почвы и ТЭНов Kм=0,3…0,4. Меньшее значение Kм соответствует нагревателю меньшего диаметра, большее – большего диаметра.

При работе в условиях, отличающихся от свободной конвекции, для нагревательных элементов в воздушном потоке принимают Kс=1,3…2,0; для элементов в неподвижной воде Kс=2,5; в потоке воды – Kс=3,0…3,5.

Если заданы напряжение Uф и мощность Pф будущего (проектируемого) нагревателя, то его ток (на одну фазу)

По расчетному значению тока нагревателя для требуемой расчетной температуры его нагрева по таблице 1 находят необходимый диаметр нихромового провода d и рассчитывают необходимую длину провода, м, для изготовления нагревателя:

где d – выбранный диаметр провода, м; ρд – удельное электрическое сопротивление провода при действительной температуре нагрева, Ом•м,

Для того чтобы определить параметры спирали из нихрома, принимают средний диаметр витков D=(6…10)∙d, шаг спирали h=(2…4)∙d,

длину спирали lсп=h∙n.

При расчете ТЭНов следует помнить, что сопротивление провода спирали после опрессовки ТЭНа

где k(у.с) – коэффициент, учитывающий уменьшение сопротивления спирали; по опытным данным k(у.с)=1,25. Следует также учитывать, что удельная поверхностная мощность провода спирали больше в 3,5. 5 раз удельной поверхностной мощности на трубке ТЭНа.

В практических расчетах ТЭНа сначала определяют температуру на его поверхности Tп=Tо+P∙Rт1,

где Tо – температура окружающей среды, °С; P – мощность ТЭНа, Вт; Rт1 – термическое сопротивление на границе трубка – среда, о С/Вт.

Затем определяют температуру спирали: Tсп=Tо+P∙(Rт1+Rт2+Rт3 ),

где Rт2 – термическое сопротивление стенки трубки, о С/Вт; Rт3 – термическое сопротивление наполнителя, о С/Вт; Rт1=1⁄(α∙F), где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м^2• о С); F – площадь поверхности нагревателя, м2; Rт2=δ⁄(λ∙F), где δ – толщина стенки, м; λ – теплопроводность стенки, Вт/(м• о С).

Таблица 1. Таблица токовых нагрузок

Пример 1. Рассчитать электрический нагреватель в виде проволочной спирали по допустимой удельной поверхностной мощности PF.

Условие. Мощность нагревателя P=3,5 кВт; напряжение питания U=220 В; материал провода – нихром Х20Н80 (сплав из 20 % хрома и 80 % никеля), поэтому удельное электрическое сопротивление провода ρ20=1,1∙10^(-6) Ом•м; температурный коэффициент сопротивления αр=16∙10^(-6) 1/ о С; спираль открытая, находится в металлической пресс-форме, рабочая температура спирали Tсп=400 о С, PF=12∙10^4 Вт/м2. Определить d, lп, D, h, n, lсп.

Решение. Сопротивление проволочной спирали: R=U^2⁄P=220^2⁄3500=13,8 Ом.

Удельное электрическое сопротивление при Tсп=400 о С

Находим диаметр провода:

Из выражения R=(ρ∙l)⁄S получаем l⁄d^2 =(π∙R)⁄(4∙ρ), откуда длина провода

Средний диаметр витка спирали D=10∙d=10∙0,001=0,01 м=10 мм. Шаг спирали h=3∙d=3∙1=3 мм.

Число витков спирали

Длина спирали lсп=h∙n=0,003∙311=0,933 м=93,3 см.

Пример 2. Конструктивно рассчитать проволочный нагреватель сопротивления при определении диаметра провода d с помощью таблицы токовых нагрузок (см. табл. 1).

Условие. Мощность проволочного нагревателя P=3146 Вт; напряжение питания U=220 В; материал провода – нихром Х20Н80 ρ20=1,1∙10^(-6) Ом•м; αр=16∙10^(-6) 1/℃; спираль открытая, расположенная в потоке воздуха (Kм=0,85, Kс=2,0); допустимая рабочая температура провода Tд=470 о С.

Определить диаметр d и длину провода lп.

Tр=Kм∙Kс∙Tд=0,85∙2∙470 о С=800 о С.

Ток проектируемого нагревателя I=P⁄U=3146⁄220=14,3 А.

По таблице токовых нагрузок (см. табл. 1) при Tр=800 о С и I=14,3 А находим диаметр и сечение провода d=1,0 мм и S=0,785 мм2.

Длина провода lп=(R∙S)⁄ρ800,

где R=U^2⁄P=220^2⁄3146=15,3 Ом, ρ800=1,1∙10^(-6)∙[1+16∙10^(-6)∙(800-20)]=1,11∙10^(-6) Ом•м, lп=15,3∙0,785∙10^(-6)⁄(1,11∙10^(-6) )=10,9 м.

Далее при необходимости аналогично первому примеру могут быть определены D, h, n, lсп.

Пример 3. Определить допустимое напряжение на трубчатом электрическом нагревателе (ТЭНе).

Условие . Спираль ТЭНа выполнена из нихромовой проволоки диаметром d=0,28 мм и длиной l=4,7 м. ТЭН находится в спокойном воздухе, имеющем температуру 20 о С. Характеристика нихрома: ρ20=1,1∙10^(-6) Ом•м; αр=16∙10^(-6) 1/°С. Длина активной части оболочки ТЭНа Lа=40 см.

ТЭН гладкий, наружный диаметр dоб=16 мм. Коэффициент теплоотдачи α=40 Вт/(м^2∙°С). Термические сопротивления: наполнителя Rт3=0,3 о С/Вт, стенки оболочки Rт2=0,002 о С/Вт.

Определить, какое максимальное напряжение можно приложить к ТЭНу, чтобы температура его спирали Tсп не превышала 1000 ℃.

Решение. Температура спирали ТЭНа

где Tо – температура окружающего воздуха; P – мощность ТЭНа, Вт; Rт1 – контактное термическое сопротивление на границе трубка – среда.

Мощность ТЭНа P=U^2⁄R,

где R – сопротивление спирали нагревателя. Следовательно, можем записать Tсп-Tо=U^2/R∙(Rт1+Rт2+Rт3), откуда напряжение на ТЭНе

где ρ1000=ρ20∙[1+αр∙(T-20)]=1,1∙10^(-6)∙[1+16∙10^(-6)∙(1000-20)]=1,12∙10^(-6) Ом•м.

Тогда R=1,12∙10^(-6)∙(4∙4,7) ⁄ (3,14∙(0,28∙10^(-3) )^2)=85,5 Ом.

Контактное термическое сопротивление Rт1=1⁄(α∙F),

где F – площадь активной части оболочки ТЭНа; F=π∙dоб∙Lа=3,14∙0,016∙0,4=0,02 м2.

Находим Rт1=1⁄(40∙0,02=1,25) о С/Вт.

Определяем напряжение на ТЭНе U=√((85,5∙(1000-20)) / (1,25+0,002+0,3))=232,4 В.

Если номинальное напряжение, указанное на ТЭНе, равно 220 В, то перенапряжение при Tсп=1000 о С составит 5,6%∙Uн.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Расчет мощности тэнов

Оптимальным источником энергии, для нагрева испарительной емкости, является квартирная электрическая сеть, напряжением 220 В. Можно просто использовать для этих целей бытовую электроплиту. Но, при нагреве на электроплите, много энергии расходуется на бесполезный нагрев самой плиты, а также излучается во внешнюю среду, от нагревательного элемента, не совершая при этом, полезной работы. Эта, понапрасну затрачиваемая энергия, может достигать приличных значений – до 30-50 %, от общей затраченной мощности на нагрев куба. Поэтому использование обычных электроплит, является нерациональным с точки зрения экономии. Ведь за каждый лишний киловатт энергии, приходится платить. Наиболее эффективно использовать врезанные в испарительную емкость эл. ТЭНы. При таком исполнении, вся энергия расходуется только на нагрев куба + излучение от его стенок вовне. Стенки куба, для уменьшения тепловых потерь, необходимо теплоизолировать. Ведь затраты на излучение тепла, от стенок самого куба могут так же, составлять до 20 и более процентов, от всей затрачиваемой мощности, в зависимости от его размеров. Для использования в качестве нагревательных элементов врезанных в емкость, вполне подходят ТЭНы, от бытовых эл.чайников, или другие подходящие по размерам. Мощность таких ТЭНов, бывает разная. Наиболее часто применяются ТЭНы с выбитой на корпусе мощностью 1.0 кВт и 1.25 кВт. Но есть и другие.

Поэтому мощность 1-го ТЭНа, может не соответствовать по параметрам, для нагрева куба и быть больше или меньше. В таких случаях, для получения необходимой мощности нагрева, можно использовать несколько ТЭНов, соединенных последовательно или последовательно-параллельно. Коммутируя различные комбинации соединения ТЭНов, переключателем от бытовой эл. плиты, можно получать различную мощность. Например имея восемь врезанных ТЭНов, по 1.25 кВт каждый, в зависимости от комбинации включения, можно получить следующую мощность.

  1. 625 Вт
  2. 933 Вт
  3. 1,25 кВт
  4. 1,6 кВт
  5. 1,8 кВт
  6. 2,5 кВт

Такого диапазона вполне хватит для регулировки и поддержания нужной температуры при перегонке и ректификации. Но можно получить и иную мощность, добавив количество режимов переключения и используя различные комбинации включения.

Последовательное соединение 2-х ТЭНов по 1.25 кВт и подключение их к сети 220В, в сумме дает 625 Вт. Параллельное соединение, в сумме дает 2.5 кВт.

Рассчитать можно по следующей формуле.

Мы знаем напряжение, действующее в сети, это 220В. Далее мы так же знаем мощность ТЭН, выбитую на его поверхности допустим это 1,25 кВт, значит, нам нужно узнать силу тока, протекающую в этой цепи. Силу тока, зная напряжение и мощность, узнаем из следующей формулы.

Сила тока = мощность, деленная на напряжение в сети.

Записывается она так:I = P / U.

ГдеI- сила тока в амперах.

P- мощность в ваттах.

U- напряжение в вольтах.

При подсчете нужно мощность, указанную на корпусе ТЭН в кВт, перевести в ватты.

1,25 кВт = 1250Вт. Подставляем известные значения в эту формулу и получаем силу тока.

I= 1250Вт / 220 = 5,681 А

Далее зная силу тока подсчитываем сопротивление ТЭНа, по следующей формуле.

R- сопротивление в Омах

U- напряжение в вольтах

I- сила тока в амперах

Подставляем известные значения в формулу и узнаем сопротивление 1 ТЭНа.

R = 220 / 5.681 = 38,725 Ом.

Далее подсчитываем общее сопротивление всех последовательно соединенных ТЭНов. Общее сопротивление равно сумме всех сопротивлений, соединенных последовательно ТЭНов

Rобщ = R1+ R2 + R3и т.д.

Таким образом, два последовательно соединенных ТЭНа, имеют сопротивление равное77,45Ом. Теперь нетрудно подсчитать мощность выделяемую этими двумя ТЭНами.

P- мощность в ваттах

U2- напряжение в квадрате, в вольтах

R- общее сопротивление всех посл. соед. ТЭНов

P = 624,919 Вт, округляем до значения625 Вт.

Далее при необходимости можно подсчитать мощность любого количества последовательно соединенных ТЭНов, или ориентироваться на таблицу.

В таблице 1.1 приведены значения для последовательного соединения ТЭНов.

Кол-воТЭН Мощность(Вт) Сопротивление(Ом) Напряжение(В) Сила тока(А)
1 1250,000 38,725 220 5,68
Последовательное соединение
2 625 2 ТЭН =77,45 220 2,84
3 416 3 ТЭН =1 16,175 220 1,89
4 312 4 ТЭН=154,9 220 1,42
5 250 5 ТЭН=193,625 220 1,13
6 208 6 ТЭН=232,35 220 0,94
7 178 7 ТЭН=271,075 220 0,81
8 156 8 ТЭН=309,8 220 0,71

В таблице 1.2 приведены значения для параллельного соединения ТЭНов.

Кол-воТЭН Мощность(Вт) Сопротивление(Ом) Напряжение(В) Сила тока(А)
Параллельное соединение
2 2500 2 ТЭН=19,3625 220 11,36
3 3750 3 ТЭН=12,9083 220 17,04
4 5000 4 ТЭН=9,68125 220 22,72
5 6250 5 ТЭН=7,7450 220 28,40
6 7500 6 ТЭН=6,45415 220 34,08
7 8750 7 ТЭН=5,5321 220 39,76
8 10000 8 ТЭН=4,840 220 45,45

Еще один немаловажный плюс, который дает последовательное соединение ТЭНов, это уменьшенный в несколько раз протекающий через них ток, и соответственно малый нагрев корпуса нагревательного элемента, тем самым не допускается пригорание браги во время перегонки и не привносит неприятного дополнительного вкуса и запаха в конечный продукт. Так же ресурс работы ТЭНов, при таком включении, будет практически вечным.

Расчеты выполнены для ТЭНов, мощностью1.25 кВт. Для ТЭНов другой мощности, общую мощность нужно пересчитать согласно законаОма,пользуясь выше приведенными формулами.

Мощность тэна по сопротивлению онлайн. Как рассчитать мощность тэна для нагрева воды

Онлайн расчет и подбор электрических калориферов производства ООО
Т.С.Т. Онлайн-калькулятор мощности электрических калориферов для приточной вентиляции

  1. Нагреваемая среда – воздух
  2. Формула расчета мощности тэна по сопротивлению
  3. 2. Выбор спирали нагревательного элемента
  4. Как рассчитать мощность ТЭНа калькулятором онлайн
  5. Виртуальная Абхазия: Абхазский государственный музей
  6. Китайские имена мужские Где у китайцев имя где фамилия
  7. Значение пиктограммы. Пиктографическое письмо. Что такое пиктограмма в пиктографическом письме
  8. Расчет расхода отдельных видов топлива
  9. Как проверить электронагреватель (ТЭН) тестером? Узнаём его мощность по сопротивлению.
  10. Расчет веса и длины
  11. Электротены для отопления виды
  12. Общие данные, необходимые для вычислений
  13. Подсчет скорости движения воды в трубах калорифера
  14. Косинус фи для различных потребителей – таблица
  15. Типы и принцип работы
  16. Информация
  17. Количество электроэнергии кВт·ч и стоимость нагрева воды.
  18. Расчет мощности ТЭНа
  19. Основной вид нагрева
  20. Вспомогательный обогрев частного дома

Нагреваемая среда – воздух

Для нагрева воздуха используется два типа ТЭНов:

  • ТЭНы для «спокойного» воздуха. Маркировка таких ТЭНов по ГОСТ 13268-88 – «S» и «T». Удельная мощность на единицу поверхности соответственно 2,2 ватт/кв. см и 5,0 ватт/кв. см. Максимальная температура на поверхности – 450 и 650 градусов. Съем тепла с поверхности нагревателя происходит за счет конвекции «спокойного» воздуха, контактирующего с нагретой поверхностью.
  • ТЭНы для «подвижного» воздуха, еще их называют «обдуваемые», с маркировкой «О» и «К», удельной мощностью 5,5 Вт/кв. см и 6,5 Вт/кв. см. Съем тепла с поверхности нагревателя осуществляется подвижной струей воздуха, создаваемой, например вентилятором и движется эта струя со скоростью не менее 6 м/с (по ГОСТ). Естественно, что «обдуваемый» ТЭН по сравнению со «спокойным», имея одинаковые характеристики (размеры, материал, напряжение и пр.), может иметь значительно большую мощность и генерировать на своей поверхности больше тепла. При этом «обдуваемый» ТЭН не перегревается, т.к. избыток тепла интенсивно отбирается движущимся воздухом.

Когда речь идет об обогреве обычных помещений, в которых температуру воздуха нужно поднять до уровня 20-25 градусов, выбор ТЭНов не представляет затруднений: из таблицы ТЭНов на сайте выбирается ТЭН нужного типоразмера, мощности и напряжения, количество ТЭНов определятся общей необходимой мощностью из расчета (в среднем) 1 кВт на 10-12 кв. м площади помещения при стандартной высоте потолка 3 м и общепринятой утепленности здания. При этом температура ТЭНа повышается незначительно, т.е. это собственная температура ТЭНа плюс 20-30 градусов. Иначе обстоит дело, когда температуру воздуха нужно поднять до 150, 200 и даже 250 градусов. Это происходит в сушилках, печках-пекарнях, окрасочных камерах. В этом случае общая температура ТЭНа будет очень высокая: собственная температура ТЭНа плюс 250 градусов окружающего воздуха. Такая температура может неблагоприятно сказаться на «здоровье» ТЭНа – он может попросту перегреться.

Рассмотрим конкретный пример. Допустим, в камере для порошковой окраски изделий необходимо создать температуру +200 градусов. Опуская детали расчета, используем для этой цели ТЭН 140 В13/2,5 Т 220 (трубка длиной 140см, диаметром 13мм, мощностью 2,5кВт, из нержавеющей стали). Этот ТЭН имеет удельную мощность около 4,8 Вт/кв. см, а собственную температуру около 600 градусов. В рабочем режиме температура ТЭНа достигает 600+200=800 градусов, что превышает максимально допустимую температуру ТЭНа. А если учесть «разрешенные» скачки напряжения (+10%), разрешенное отклонение по мощности ТЭНа (+5%), то общая температура ТЭНа может быть еще выше. Долговечность такого ТЭНа становится под вопросом.

Возьмем ТЭН 140 В13/2,0 Т 220 (такой же, как и предыдущий, только мощностью ниже -2,0 кВт вместо 2,5 кВт). У этого ТЭНа удельная мощность равна 3,86 Вт/кв. см, собственная температура – примерно 480 градусов, суммарная температура ТЭНа около 680 градусов, что уже не так критично.

Очевидно, первый ТЭН, как более мощный, разогреет камеру быстрее, количество этих ТЭНов, исходя из необходимой общей мощности для разогрева камеры до нужной температуры, потребуется меньше. Но в конечном итоге эти «плюсы» могут перекрыться «минусами»: более мощные, но перегретые ТЭНы будут чаще выходить из строя, а это потребует более частой остановки окрасочной камеры и сборки-разборки ТЭНовых узлов.

ВЫВОД: при подборе воздушных ТЭНов необходимо увязывать такие параметры, как:

  • размеры и материал трубки ТЭНа;
  • мощность и собственную температуру ТЭНа;
  • эксплуатационные условия – температуру воздуха, качество обдува и др.

Формула расчета мощности тэна по сопротивлению

Причиной написания данной статьи явилась не сложность этих формул, а то, что в ходе проектирования и разработки каких-либо схем часто приходится перебирать ряд значений чтобы выйти на требуемые параметры или сбалансировать схему. Данная статья и калькулятор в ней позволит упростить этот подбор и ускорить процесс реализации задуманного. Также в конце статьи приведу несколько методик для запоминания основной формулы закона Ома. Эта информация будет полезна начинающим. Формула хоть и простая, но иногда есть замешательство, где и какой параметр должен стоять, особенно это бывает поначалу.

В радиоэлектронике и электротехнике закон Ома и формула расчёта мощности используются чаше чем какие-либо из всех остальных формул. Они определяют жесткую взаимосвязь между четырьмя самыми ходовыми электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью.

Закон Ома. Эту взаимосвязь выявил и доказал Георг Симон Ом в 1826 году. Для участка цепи она звучит так: сила тока прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению

Так записывается основная формула:

Путем преобразования основной формулы можно найти и другие две величины:

Мощность. Её определение звучит так: мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.

Формула мгновенной электрической мощности:

Ниже приведён онлайн калькулятор для расчёта закона Ома и Мощности. Данный калькулятор позволяет определить взаимосвязь между четырьмя электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью. Для этого достаточно ввести любые две величины. Стрелками «вверх-вниз» можно с шагом в единицу менять введённое значение. Размерность величин тоже можно выбрать. Также для удобства подбора параметров, калькулятор позволяет фиксировать до десяти ранее выполненных расчётов с теми размерностями с которыми выполнялись сами расчёты.

Когда мы учились в радиотехническом техникуме, то приходилось запоминать очень много всякой всячины. И чтобы проще было запомнить, для закона Ома есть три шпаргалки. Вот какими методиками мы пользовались.

Первая — мнемоническое правило. Если из формулы закона Ома выразить сопротивление, то R = рюмка.

Вторая — метод треугольника. Его ещё называют магический треугольник закона Ома.

Если оторвать величину, которую требуется найти, то в оставшейся части мы получим формулу для её нахождения.

Третья. Она больше является шпаргалкой, в которой объединены все основные формулы для четырёх электрических величин.

Пользоваться ею также просто, как и треугольником. Выбираем тот параметр, который хотим рассчитать, он находиться в малом кругу в центре и получаем по три формулы для его расчёта. Далее выбираем нужную.

Этот круг также, как и треугольник можно назвать магическим.

2. Выбор спирали нагревательного элемента

Зная температуру и мощность спирали, размеры проволоки можно подобрать из табл. 2.1.

Таблица 2.1. Выбор нихромовой проволоки в зависимости от температуры и мощности

Мощность и длина проволоки

Спирали в изоляции из периклаза в канавках конфорки

Спирали в керамической изоляции пластинчатого элемента

ТЭН – Расчёт мощности нагрева

Ниже приведены формулы для расчёта мощности ТЭН для различных тепловых процессов

1. Количество теплоты необходимой для нагрева

где m – масса нагреваемого тела, [кг];
C – удельная теплоёмкость, [ Дж/кг/К]
T1,T0 – конечная и начальная температуры нагрева, [К]

2. Количество теплоты необходимой для плавления твёрдого тела

где λ – удельная теплота плавления, [ Дж/кг];
m – масса тела, [кг]

3. Количество теплоты необходимой для превращения жидкости в пар

где r – удельная теплота парообразования, [ Дж/кг];
m – масса тела, [кг]

Любой технологический тепловой процесс сопровождается потерями, мощность которых можно учесть по формуле:

где Pуд – удельные потери с единицы площади, [ Вт/м 2 ];
S – площадь поверхности потерь, [м 2 ]

Таким образом необходимую суммарную мощность нагревателей можно рассчитать по формуле:

где k – коэффициент учитывающий запас мощности ( можно принять k=1.2-1.3);
Q – суммарное количество теплоты для обеспечения теплового процесса, [Дж];
t – время теплового процесса, [с]
Pпот – суммарная мощность потерь, [Вт]

Пример 1. Необходимая мощность для нагрева пресс-формы

Стальная пресс-форма с размерами 254*203* 100 мм используется для изготовления полиэтиленовых деталей. Каждый час, 2.5 кг полиэтилена помещается в пресс-форму. Пресс-форма расположена между двумя плитами из нержавеющей стали размерами 380*305*38 мм., которые изолированы от прессового механизма теплоизоляцией толщиной 12.5 мм. Рабочая температура пресс-формы 205 °С. Необходимо обеспечить достижение этой температуры за 1 час при температуре окружающей среды 21 °С.

1. Находимое количество тепла
1.1 Количество тепла для нагрева пресс-формы

Q1=m1*C1*( T1-T0)=80.4*0.46*(205-21)=6800кДж , где
масса пресс-формы m1=2*254*203*100*2*7.8*10-6=80.4кг,
удельная теплоёмкость стали C1=0.46кДж/кг/К,
начальная T0= 21 °С и конечная T1=205 °С температуры нагрева.

1.2 Количество тепла для нагрева плит

Q2=m2*C2*(T1-T0)=68.7*0.47*(205-21)=5940кДж, где
масса пластин m2=380*305*38*2*7.8*10-6=68.7кг , удельная теплоёмкость нерж.стали C2=0.47кДж/кг/К

1.3 Количество тепла для нагрева полиэтилена

Q3= m3*C3*(T1-T0)=2.5*2.3*(205-21)=1060кДж, где масса полиэтилена m3=2.5кг, удельная теплоёмкость полиэтилена C3=2.3Дж/кг/К

1.4 Мощность необходимая для нагрева

Pн =k*(Q1+Q2+Q3)/t =1.2*(6800+5940+1060)/3600=4.6кВт=4600Вт, где k=1.2 – коэффициент учитывающий запас мощности
t=3600c – время нагрева.

2. Потери тепла при рабочей температуре
2.1 Потери на пресс-форме с вертикальных поверхностей

P=S*Pуд.в=.182*3800=690Вт
где S=(254*100+203*100)*4=182800мм 2 =.182м 2 – площадь вертикальных поверхностей пресс-формы
Pуд.в=3800Вт/м 2 – удельные потери с вертикальной стальной поверхности при температуре 205 °С ( по рис. 1)

2.2 Потери на плитах с вертикальных поверхностей

P=S* Pуд.в=.104*3800=395Вт
где S=(38*380+38*305)*4=104120мм 2 =.104м 2 – площадь вертикальных поверхностей плит
Pуд.в=3800Вт/м 2 – удельные потери с вертикальной стальной поверхности при температуре 205 °С ( по рис. 1 )

2.3 Потери на плитах с неизолированных горизонтальных поверхностей

P=S*Pуд.г=0.129*2700=350Вт
где S=(380*305-254*203)*2=128676мм 2 =129м 2 – площадь неизолированных горизонтальных поверхностей плит
Pуд.г=2700Вт/м 2 – удельные потери с горизонтальной неизолированной стальной поверхности при температуре 205 °С ( по рис. 1 )

2.4 Потери на плитах с изолированных горизонтальных поверхностей

P2ги=S2ги*Pуд.ги=0.232*1100=255Вт
где S2ги=380*305*2=231800мм 2 =.232м 2 – площадь неизолированных горизонтальных поверхностей плит
Pуд.ги=1100Вт/м2 – удельные потери с горизонтальной изолированной стальной поверхности при температуре 205 °С ( по рис. 4 )

2.5 Суммарные потери при рабочей температуре

Pпот=k*(P +P +P + P2ги)=1.2*(690+395+350+255)=2030Вт
k=1.2 – коэффициент учитывающий запас мощности

3. Необходимая суммарная мощность

При выборе нагревателей необходимо учитывать, что суммарная мощность всех нагревателей должна быть не менее рассчитанной. При этом, удельная поверхностная мощность нагревателя не должна превосходить предельно допустимую.

Пример 2. Плавление парафина

Неизолированная стальная ёмкость без крышки имеет размеры 455*610*455 мм и весит 63.5 кг. В этой ёмкости находится 76 кг парафина, который необходимо нагреть до 65 °С за 2.5 часа. Температура окружающей среды 22 °С.

1. Находимое количество тепла
1.1 Количество тепла для нагрева ёмкости

Q1=m1*C1*(T1-T0)=63.5*0.46*(65-22)=1260кДж,
где масса ёмкости m1=63.5 кг,
удельная теплоёмкость стали по C1=0.46 кДж/кг/К,
начальная T0=22 °С и конечная T1= 65 °С температуры нагрева.

1.2 Количество тепла для нагрева парафина до температуры плавления

Q2=m2*C2*(T2-T0)=76*2.89*(54-22)=7028кДж,
где масса парафина m2=76кг,
температура плавления парафина T2=54 °С,
удельная теплоёмкость твёрдого парафина C2=2.89кДж/кг/К

1.3 Количество тепла для нагрева расплавленного парафина до конечной температуры

Q3= m2*C3*(T1 -T0)=76*2.93*(65-54)=2450кДж,
где масса парафина m2=76кг,
удельная теплоёмкость жидкого парафина C2=2.93кДж/кг/К

1.4 Количество тепла для плавления парафина

Q4= m2*λ=76*147 =11205 кДж,
где масса парафина m2=76 кг,
удельная теплота плавления парафина λ=147 Дж/кг

1.5 Мощность необходимая для нагрева

Pн=k*(Q1+Q2+Q3+Q3)/t=1.2*(1260+7028+2450+11205)/9000=2.95кВт=2950Вт,
где k=1.2 – коэффициент учитывающий запас мощности,
t=2.5*3600=9000c – время нагрева.

2. Потери тепла при рабочей температуре
2.1 Потери с поверхности парафина

Pп=Sп*Pудп=0.28*750=210Вт,
где Sп=455*610=277550 мм 2 =.28м 2 – площадь поверхности парафина,
Pуд.п=750 Вт/м 2 – удельные потери с поверхности парафина ( по рис. 5)

2.2 Потери с поверхности стальной ёмкости

Pё= Sё*Pуд.ё=1.247*590Вт=740Вт,
где Sё=(455+610)*2*455+455*610=1246700мм 2 =1.247м 2 – площадь поверхности стальной ёмкости
Pуд.в=590Вт/м 2 – удельные потери с поверхности стальной ёмкости при температуре 65 °С ( по рис. 1 )

2.5 Суммарные потери при рабочей температуре
3. Необходимая суммарная мощность

При выборе нагревателей необходимо учитывать, что суммарная мощность всех нагревателей должна быть не менее рассчитанной. При этом, удельная поверхностная мощность нагревателя не должна превосходить предельно допустимую 2.5Вт/см 2

Как рассчитать рабочую мощность при замене ТЭНа (Страница 1 из 2)

Чтобы отправить ответ, вы должны войти или зарегистрироваться

Сообщений с 1 по 20 из 24

1 Тема от Фортуна 2018-01-27 11:51:35 (2018-01-27 14:37:55 отредактировано Фортуна)

  • Фортуна
  • Винокур
  • Неактивен

    Тема: Как рассчитать рабочую мощность при замене ТЭНа

    После замены сгоревшего ТЭНа на новый, для последующей работы колонны с теми же рабочими режимами, что и со старым ТЭНом, желательно заранее вычислить его параметры. Например:
    Сначала измеряем его реальную мощность по формуле UxU_R=P
    Старый ТЭН 2000 Вт имел сопротивление 27,5 ом, что соответствовало реальным 1760 Вт
    220х220:27,5=1760
    Новый ТЭН 2000 Вт имеет сопротивление 22 ом, что соответствует 2200 Вт
    220х220:22=2200
    Далее вычисляем параметры работы нового ТЭНа. Например при отборе голов:
    Со старым ТЭНом головы отбирались при 155 вольтах, что соответствовало 873 Вт
    155х155:27,5=873
    Чтобы обеспечить столько же ватт при отборе голов с новым ТЭНом- вычисляем какое нужно подать на него напряжение. В данном, моём случае –
    873 Вт х 22 ом =19206 квадрата напряжения.
    Извлекаем квадратный корень из 19206 и получаем 138,58 вольт. Те. 138-139 вольт.
    Далее – тело на предзахлёбе:
    Например 165 вольт при отборе тела со старым ТЭНом – это 990 Вт.
    Значит с новым ТЭНом будет 990 вт х 22 ом = 21780 квадрата напряжения. Извлекаем корень – получаем 147 вольт.
    Конечно, такие расчёты не потребуются, если в аппаратуре применяются электронные приборы для измерения рабочей мощности. Если таких приборов нет, то рассчитать не помешает, чтобы избежать плясок с бубном у колонны.
    ———————————————
    С утра работает колонна. Все расчёты подтвердились на практике, всё совпадает. Для тела на предзахлёбе, не меняя отбор, попробовал снизить напряжение на 1 вольт, до 146. Тут же стали гулять температуры. Прибавил обратно – графики выровнялись.

    2 Ответ от Димон 2018-01-27 21:59:56

    • Димон
    • Винокур+
    • Неактивен

      Re: Как рассчитать рабочую мощность при замене ТЭНа

      Фортуна, здОрово, что удалось так быстро поменять ТЭН.
      Вопрос такой, чисто теоретический. Уменьшение напряжения со 147 до 146 вольт на теле соответствует уменьшению мощности на 22Вт, или на 2,2% от расчетной. При неизменном отборе примерно в том же порядке должно уменьшиться ФЧ. Неужели это настолько влияет на процессы в колонне, что начинают скакать температуры? Или я что то упускаю?

      3 Ответ от geha69 2018-01-27 22:02:16

      • geha69
      • Профессионал
      • Неактивен

        Re: Как рассчитать рабочую мощность при замене ТЭНа

        да 1 вольт может достаточно сильно влиять.

        4 Ответ от Димон 2018-01-27 22:06:42

        • Димон
        • Винокур+
        • Неактивен

          Re: Как рассчитать рабочую мощность при замене ТЭНа

          geha69,
          РК может выйти из предзахлеба, но сам процесс ректификации сорваться не должен, почему начинает скакать t?

          5 Ответ от Фортуна 2018-01-28 08:26:41 (2018-01-28 08:32:56 отредактировано Фортуна)

          • Фортуна
          • Винокур
          • Неактивен

            Re: Как рассчитать рабочую мощность при замене ТЭНа

            РК может выйти из предзахлеба, но сам процесс ректификации сорваться не должен, почему начинает скакать t?

            Дима, нет, ректификация не сорвётся. Из предзахлёба тоже не выйдет. Просто чуть упадёт флегма в гидроуровне, совсем немного. Но график очень чётко отражает происходящие процессы. Причём колбасит оба датчика. Если честно, этот момент мне тоже не совсем понятен. Возможно, случай сугубо индивидуальный, но вряд ли. Может быть как-то с насадкой связано. Или просто при уменьшении напряжения весь спиртовой пузырь чуть опускается в трубе, высококипящие проваливаются в куб, изменяется состав пузыря, он чуть перемешивается, поэтому и Т*С начинает скакать. Так же, возможно, Т*С бы опять выровнялась, но я не экспериментировал.

            6 Ответ от Piper 2018-01-28 10:37:04

            • Piper
            • Профессионал
            • Неактивен

              Re: Как рассчитать рабочую мощность при замене ТЭНа

              Фортуна, странный эффект.

              а насколько высоко у тебя насадка?

              Я обычно оставляю от насадки до трубки возврата сантиметров 20, и устойчивость предзахлебного режима получается довольно большая (но и инерционность системы – тоже).

              Ну, и диоптр в этом месте очень развлекает.

              7 Ответ от Фортуна 2018-01-28 11:57:02

              • Фортуна
              • Винокур
              • Неактивен

                Re: Как рассчитать рабочую мощность при замене ТЭНа

                От насадки до трубки возврата 10 см.

                8 Ответ от Вова Лермонтовский 2018-01-28 12:38:08

                • Вова Лермонтовский
                • Винокур
                • Неактивен

                  Re: Как рассчитать рабочую мощность при замене ТЭНа

                  А сколько должно быть? А то у меня сантиметров 5.

                  9 Ответ от Фортуна 2018-01-28 14:55:07

                  • Фортуна
                  • Винокур
                  • Неактивен

                    Re: Как рассчитать рабочую мощность при замене ТЭНа

                    Вова Лермонтовский, вроде как 5 минимум. Иначе клокочущая флегма над насадкой будет “подпирать” возврат.

                    10 Ответ от Димон 2018-01-28 15:23:08

                    • Димон
                    • Винокур+
                    • Неактивен

                      Re: Как рассчитать рабочую мощность при замене ТЭНа

                      Вова Лермонтовский, а это не важно.
                      Канонический индикатор предзахлеба это заполненная трубка возврата. Это явление происходит, как правильно указал Николай, когда бульбулирующая флегма подпирает возврат.

                      11 Ответ от Фортуна 2018-01-28 20:01:47 (2018-01-28 20:03:12 отредактировано Фортуна)

                      • Фортуна
                      • Винокур
                      • Неактивен

                        Re: Как рассчитать рабочую мощность при замене ТЭНа

                        При неизменном отборе примерно в том же порядке должно уменьшиться ФЧ

                        В данном случае ФЧ, мне думается, не уменьшится, т.к. соотношение отборвозврат не изменяется.
                        Отбор тот же, трубка возврата заполнена флегмой полностью, пропускная способность 8мм трубки, практически, постоянна. Меньшее количество флегмы заполнит насадку – это да. Но опять же – мизер, на уровне погрешности.
                        Скорее чуть изменяется состав смеси, из-за “проваливания” из насадки в куб нижней части флегмового пузыря.
                        Ведь, например, при отборе голов в плёночном режиме флегмы мало, а ФЧ наибольшее.
                        Незначительное падение уровня в стакане отбора не повлияют на количество возвращаемой флегмы. Это как раз тот момент, о котором я несколько раз говорил РК с наклонным дефлегматором 35/1500 + куб. Отчёт от Баха
                        Что между возвратом и паропроводом должно быть некоторое расстояние, буферная зона, позволяющая работать на предзахлёбе.
                        Скорее всего пляска температуры вызвана изменением состава флегмы.

                        12 Ответ от Димон 2018-01-28 21:44:43

                        • Димон
                        • Винокур+
                        • Неактивен

                          Re: Как рассчитать рабочую мощность при замене ТЭНа

                          Фортуна, ФЧ уменьшится при неизменном отборе, ибо будет генерироваться чуть меньше пара. Но это действительно мизер. Меня больше удивляет пила наверху, чем в колонне. Состав пара вверху по идее меняться не должен. У меня версия, что датчики попали на границу дискретности, вследствие чего возникла пила с бОльшим шагом, чем реальное изменение температуры, которое может вообще там на уровне погрешности было.

                          13 Ответ от Фортуна 2018-01-28 22:21:10

                          • Фортуна
                          • Винокур
                          • Неактивен

                            Re: Как рассчитать рабочую мощность при замене ТЭНа

                            Димон, кстати да. Я чего-то об этом не подумал.

                            14 Ответ от Alex bcn 2018-01-29 00:34:42

                            • Alex bcn
                            • Capítulo de Cataluña
                            • На форуме

                              Re: Как рассчитать рабочую мощность при замене ТЭНа

                              ректификация не сорвётся. Из предзахлёба тоже не выйдет. Просто чуть упадёт флегма в гидроуровне, совсем немного. Но график очень чётко отражает происходящие процессы. Причём колбасит оба датчика.

                              если не менять режим работы колонны, то на одной и той же полке, температура не должна меняться. Мне также думается, что в данном случае Димон прав:

                              У меня версия, что датчики попали на границу дискретности, вследствие чего возникла пила с бОльшим шагом, чем реальное изменение температуры, которое может вообще там на уровне погрешности было.

                              Николай, кстати какая дискретность датчиков?

                              Вова Лермонтовский, а это не важно.

                              Смотря с какой стороны посмотреть. Если на стабильность ТМО, то не важно. А если на стабильность визуальных признаков режима (того же предзахлеба например), то еще как важно. Потому что вот это:

                              Канонический индикатор предзахлеба это заполненная трубка возврата.

                              абсолютно правильно. Но, в зависимости от того, какое расстояние будет от насадки к трубке возврата, вот это явление:

                              Это явление происходит, как правильно указал Николай, когда бульбулирующая флегма подпирает возврат.

                              будет по-разному визуализироваться в трубке возврата: (из своих наблюдений) если насадка очень близко к трубке возврата (вплотную, или 1-2 см, позже добавлю когда это происходит без вашего ведома), то это круто сбивает с толку – в трубке возврата все бурлит, гидроуровень прыгает сильно, но температура стабильна – вы не понимаете что происходит. А когда есть хотя бы 5 см (для меня лучше 10 см), то все прогнозировано: трубка возврата заполнена полностью, гидроуровень чуть покачивается. Это обусловлено значительной турбулентностью на выходе из насадки.
                              Теперь, когда насадка может сама “приползать” под трубку возврата? Я несколько раз столкнулся с такой штукой (как писал выше): запускаю колонну, все по нотам, а здесь (в предзахлебе) начинается “колбаса”. Чтобы много не говорить, после того, как разобрал (это было до диоптра), насадка упертая в трубку возврата. Это было после того, как я вынимал, между ректификации, насадку с царги. После того, как запихиваешь ее обратно (по всем грамотным методикам, знаю как это делается..), но «на сухо» она может “распрямляться” после смачивания ну и процессов в царге. Видимо это еще очень сильно зависит и от самой насадки, но у меня такая. Поэтому сейчас, когда вправляю насадку в царгу (очень редко достаю насадку с царги, как правило просто промываю ее внутри), то после “распрямления” смачиваю ее и повторяю процедуру. Вот после этого она точно становится на свое место (в моем случае).
                              Коля, извини за оффтоп

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий