Меню

Чему равна электрическая мощность тэна



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.

Где I — 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 = U / I, где

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 + R3 и т.д.

Таким образом, два последовательно соединенных ТЭНа, имеют сопротивление равное 77,45 Ом. Теперь нетрудно подсчитать мощность выделяемую этими двумя ТЭНами.

P = U 2 / R где,

P — мощность в ваттах

U 2 — напряжение в квадрате, в вольтах

R — общее сопротивление всех посл. соед. ТЭНов

P = 624,919 Вт, округляем до значения 625 Вт.

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

Таблица 1.1. Значения для последовательного соединения ТЭНов при напряжении 220В.

Кол-во ТЭН Мощность (Вт) Сопротивление (Ом) Сила тока (А)
1 1250 38,8 5,7
2 625 77,5 2,8
3 416 116,2 1,9
4 312 154,9 1,4
5 250 193,6 1,1
6 208 232,4 0,9
7 178 271 0,8
8 156 309,8 0,7

Таблица 1.2. Значения для параллельного соединения ТЭНов при напряжении 220В.

Кол-во ТЭН Мощность (Вт) Сопротивление (Ом) Сила тока (А)
2 2500 19,4 11,4
3 3750 12,9 17
4 5000 9,7 22,7
5 6250 7,7 28,4
6 7500 6,5 34
7 8750 5,5 39,8
8 10000 4,8 45,5

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, мощностью 1.25 кВт. Для ТЭНов другой мощности, общую мощность нужно пересчитать согласно закона Ома, пользуясь выше приведенными формулами.

19 авг. 07 24 марта 21, 02:12

Рейтинг Поделиться ссылкой

Вы можете изменять любую статью на сайте, более того, ваше участие всячески приветствуется! Делитесь своими знания и опытом.

Источник

Расчет 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

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.

Источник

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.

Источник

Читайте также:  Примеры баланса мощностей синусоидального тока