Ниже приведены формулы для расчёта мощности ТЭН для различных тепловых процессов

1. Количество теплоты необходимой для нагрева

Q н = m*C*(T 1 -T 0), [Дж] (1)

где m - масса нагреваемого тела, [кг];
C - удельная теплоёмкость, [ Дж/кг/К]
T 1 ,T 0 - конечная и начальная температуры нагрева, [К]

2. Количество теплоты необходимой для плавления твёрдого тела

Q пл = λ*m, [ Дж] (2)

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

3. Количество теплоты необходимой для превращения жидкости в пар

Q кип = r*m, [ Дж] (3)

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

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

P пот = P уд *S, [Дж] (4)

где P уд - удельные потери с единицы площади, [ Вт/м 2 ];
S - площадь поверхности потерь, [м 2 ]

Таким образом необходимую суммарную мощность нагревателей можно рассчитать по формуле:

P = k*(Q/t + P пот), [Вт] (5)

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]
P пот - суммарная мощность потерь, [Вт]

Примеры расчёта

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

Q 1 =m 1 *C 1 *(T 1 -T 0)=80.4*0.46*(205-21)=6800кДж , где
масса пресс-формы m 1 =2*254*203*100*2*7.8*10-6=80.4кг,
удельная теплоёмкость стали C 1 =0.46кДж/кг/К,
начальная T 0 = 21 °С и конечная T 1 =205 °С температуры нагрева.

1.2 Количество тепла для нагрева плит

Q 2 =m 2 *C 2 *(T 1 -T 0)=68.7*0.47*(205-21)=5940кДж, где
масса пластин m 2 =380*305*38*2*7.8*10-6=68.7кг , удельная теплоёмкость нерж.стали C 2 =0.47кДж/кг/К

1.3 Количество тепла для нагрева полиэтилена

Q 3 = m 3 *C 3 *(T 1 -T 0)=2.5*2.3*(205-21)=1060кДж, где масса полиэтилена m 3 =2.5кг, удельная теплоёмкость полиэтилена C 3 =2.3Дж/кг/К

1.4 Мощность необходимая для нагрева

P н =k*(Q 1 +Q 2 +Q 3)/t =1.2*(6800+5940+1060)/3600=4.6кВт=4600Вт, где k=1.2 - коэффициент учитывающий запас мощности
t=3600c - время нагрева.

2.1 Потери на пресс-форме с вертикальных поверхностей

P 1в =S 1в *P уд.в =.182*3800=690Вт
где S 1в =(254*100+203*100)*4=182800мм 2 =.182м 2 - площадь вертикальных поверхностей пресс-формы

2.2 Потери на плитах с вертикальных поверхностей

P 2в =S 2в * P уд.в =.104*3800=395Вт
где S 2в =(38*380+38*305)*4=104120мм 2 =.104м 2 - площадь вертикальных поверхностей плит
P уд.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 2г =S 2г *P уд.г =0.129*2700=350Вт
где S 2г =(380*305-254*203)*2=128676мм 2 =129м 2
P уд.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

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

P пот =k*(P 1в +P 2в +P 2г + P 2ги)=1.2*(690+395+350+255)=2030Вт
k=1.2 - коэффициент учитывающий запас мощности

P=P н +P пот =4600+2030=6630Вт.

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

Q 1 =m 1 *C 1 *(T 1 -T 0)=63.5*0.46*(65-22)=1260кДж,
где масса ёмкости m 1 =63.5 кг,
удельная теплоёмкость стали по C 1 =0.46 кДж/кг/К,
начальная T 0 =22 °С и конечная T 1 = 65 °С температуры нагрева.

1.2 Количество тепла для нагрева парафина до температуры плавления

Q 2 =m 2 *C 2 *(T 2 -T 0)=76*2.89*(54-22)=7028кДж,

температура плавления парафина T 2 =54 °С,
удельная теплоёмкость твёрдого парафина C 2 =2.89кДж/кг/К

1.3 Количество тепла для нагрева расплавленного парафина до конечной температуры

Q 3 = m 2 *C 3 *(T 1 -T 0)=76*2.93*(65-54)=2450кДж,
где масса парафина m 2 =76кг,
удельная теплоёмкость жидкого парафина C 2 =2.93кДж/кг/К

1.4 Количество тепла для плавления парафина

Q 4 = m 2 *λ=76*147 =11205 кДж,
где масса парафина m 2 =76 кг,
удельная теплота плавления парафина λ=147 Дж/кг

1.5 Мощность необходимая для нагрева

P н =k*(Q 1 +Q 2 +Q 3 +Q 3)/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

P п =S п *P удп =0.28*750=210Вт,
где S п =455*610=277550 мм 2 =.28м 2 - площадь поверхности парафина,
P уд.п =750 Вт/м 2 - удельные потери с поверхности парафина (по рис. 5)

2.2 Потери с поверхности стальной ёмкости

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

2.5 Суммарные потери при рабочей температуре

P пот =k*(P п +P ё)=1.2*(210+740)=1140Вт

3. Необходимая суммарная мощность

P=P н +P пот =2950+1140=4090Вт.

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

Расчет мощности ТЭНа

При расчете мощности электронагревательных элементов использованы следующие расчетным данные: масса воды, начальная и конечная (желаемая) температура воды и время, затрачиваемое на нагревание.

Мощность ТЭНа P P=0,0011m(tk-tн)/T . в котором: m — масса нагреваемой воды, tk и tн T

Вычисление мощности нагревательного элемента выполняется данным калькулятором без учета тепловых потерь, связанных с конструктивными особенностями емкости, температуры окружающей среды, состоянием греющей поверхности ТЭНа и пр.

Кроме того, следует учесть фактическое напряжение питающей сети, которое может сильно отличаться от номинального значения.

Так, при пониженном напряжении, температура рабочей поверхности будет меньше значения, заявленного изготовителем, следовательно, и времени для нагрева потребуется больше.

Учитывая удельный вес воды составляет 1 г/см3, в поле калькулятора “Масса нагреваемой воды” при вводе данных может быть использовано значение ее объема.

При нагревании холодной воды из систем городского водоснабжения, рекомендуемое значение начальной температуры 5-8°С летом и 13-18°С зимой. Результат вычисления (P) может быть значением мощности как одного ТЭНа, так и нескольких параллельно соединенных элементов.

Электротехнические расчеты онлайн

© Forum220.ru | 2009 — 2015 | Электротехнические расчеты онлайн Размещение данных материалов на других веб-ресурсах возможно только при наличии обратной гиперссылки на сайт Forum220.ru

РЕМОНТ
БЫТОВОЙ ТЕХНИКИ

Калькулятор времени нагрева воды

Калькулятор определения времени нагрева воды в накопительных водонагревателях в зависимости от ёмкости бака, мощности ТЭНов, температуры нагрева и температуры входящей воды.

Количество электроэнергии кВт·ч и стоимость нагрева воды.

Калькулятор высчитает время нагрева воды в накопительных водонагревателях в зависимости от ёмкости бака, мощности ТЭНов, температуры нагрева и температуры входящей воды.

Вы можете указать КПД накопительного водонагревателя (обычно 95-99%).

Калькулятор взят с сайта: http://nagrev24.ru/voda

Электроэнергия преобразуется в тепло и КПД зависит от материала нагревательного элемента (от потерь электроэнергии в нем и от теплопроводности), от площади соприкосновения элемента с водой, переходных сопротивлениях контактов и потерь в шнуре электропитания. На каждом этапе теряется некоторая часть энергии. В зависимости от типа прибора, КПД находится в пределах 95-99%.

Чем эффективнее теплоизоляционные свойства материала, отделяющего внутренний бак от окружающей среды, и толще его слой, тем экономичнее водонагреватель. Современные бойлеры гарантируют снижение температуры воды не более 0,25 — 0,5 градуса в час и расход электроэнергии менее 1 кВт/ч в сутки в дежурном режиме.

Наиболее оптимальным температурным режимом работы водонагревателя 55-60°С. Это снижает электропотребление на поддержания температуры горячей воды, уменьшает образование накипи, обеспечивает более щадящий режим для внутреннего бака.

Расчет расходов на нагрев воды

Сколько кВт·ч энергии тратится на нагрев воды

Этот калькулятор высчитает сколько денег, электроэнергии и времени тратится на нагрев воды. Вам не потребуется ни формул, ни коэффициентов: просто введите ваши данные и получите ответ.

Для расчета потребленной электроэнергии надо указать температуру холодной и горячей воды, а также её объём (массу). Вы можете указать КПД нагревательного прибора, если он вам известен. Если задать КПД 100%, то расчет покажет только полезную мощность затраченную на нагрев воды. При указании реального КПД расчет выдаст полную мощность потребленную от сети.

Чтобы оценить сколько времени занимает нагрев, укажите мощность электроприбора, которым вы греете воду, в киловаттах (кВт). Мощность часто указана на корпусе прибора, а также в его руководстве по эксплуатации или паспорте.

Кипячение воды в электрочайнике

Обычно я наливаю в чайник воду комнатной температуры 20°C до отметки 1 литр и всегда довожу до кипения (до 100 градусов). Мощность чайника 2 кВт. Простейший расчет показывает, что на кипячение потратится примерно 0,1 кВт ч (киловатт часов) электроэнергии, 3 минуты времени, и, по московским тарифам, пятьдесят копеек денег.

Значит, каждое чаепитие прибавляет пол рубля в счет за электроэнергию, но это значительно меньше цены порции чая или кофе.

Подогрев воды в накопительном водонагревателе

Принимая душ, я каждый раз полностью опустошаю всю горячую воду из накопительного нагревателя, потому как в конце вода становится холодной. Зимой нагреватель греет холодную водопроводную воду от 5 до 45 градусов. Объем бачка 80 литров. При мощности тэнов 2 кВт, свежая вода в бачке будет нагреваться 2 часа, при этом потратится примерно 4 кВт электроэнергии и 20 рублей денег на её оплату. Летом вода греется от 18 до 45.

Значит, зимой каждое принятие душа обходится семейной казне в 20 рублей, а летом — в 15 рублей, если не считать стоимость холодной воды.

Расчет мощности ТЭНа

Несмотря на широкий сегодняшний ассортимент и функциональность выпускаемых различными производителями электробойлеров, их самодельные аналоги и в наше время не потеряли своей актуальности.

Обусловлено это прежде всего меньшей стоимостью последних, поэтому для реализации нагрева воды, скажем для летнего душа или умывальника на даче многие нередко используют самодельные электроводонагреватели, конструктивно представляющие собой емкость с нагревательным элементом — ТЭНом.

Калькулятор расчета мощности тэна для нагрева воды

Предложенный калькулятор, исходя из емкости бака водонагревателя, начальной и конечной (требуемой) температуры воды и времени нагрева позволяет выполнить расчет необходимой электрической мощности ТЭНа с достаточной степенью точности, на которую влияет конструктивные особенности ТЭНа и фактическое напряжение электросети.

При напряжении в сети ниже Uраб нагревателя (например, в результате падения напряжения в линии) очевидно, что его работа будет менее эффективна и снижение температуры греющей поверхности увеличит длительность нагрева воды до требуемой температуры.

Результат расчета не означает, что обязательного использования ТЭНа такого номинала: полученная мощность может быть набрана несколькими параллельно соединенными нагревательными элементами.

Обратите внимание, что расчет производится без учета возможных потерь тепла электроводонагревателей в окружающую среду, возникающих ввиду самых разных факторов, начиная от конструкции бойлера и заканчивая состоянием (наличием) теплоизоляции.

Информация

Данный сайт создан исключительно в ознакомительных целях. Материалы ресурса носят справочный характер.

При цитировании материалов сайта активная гиперссылка на l220.ru обязательна.

Расчет ТЭНа

Проектируем с головой.

Расчет скорости нагрева

При расчете мощности электронагревательных элементов использованы следующие расчетным данные: масса воды, начальная и конечная (желаемая) температура воды и время, затрачиваемое на нагревание. Мощность ТЭНа P определяется математическим выражением: P=0,0011m(t k -t н)/T . в котором: m — масса нагреваемой воды, t k и t н — начальная и конечная температура воды, T — затрачиваемое на ее нагревание время.
Вычисление мощности нагревательного элемента выполняется данным калькулятором без учета тепловых потерь, связанных с конструктивными особенностями емкости, температуры окружающей среды, состоянием греющей поверхности ТЭНа и пр. Кроме того, следует учесть фактическое напряжение питающей сети, которое может сильно отличаться от номинального значения. Так, при пониженном напряжении, температура рабочей поверхности будет меньше значения, заявленного изготовителем, следовательно, и времени для нагрева потребуется больше. Учитывая удельный вес воды составляет 1 г/см 3. в поле калькулятора “Масса нагреваемой воды” при вводе данных может быть использовано значение ее объема. Результат вычисления (P) может быть значением мощности как одного ТЭНа, так и нескольких параллельно соединенных элементов.

Расчет удельной поверхностной мощности

Удельная поверхностная мощность ТЭНа P определяется математическим выражением: Q=P/(3,14dL) . в котором: P L — развернутая длина, d — диаметр оболочки.
Чем меньше удельная плотность, тем более спокойно передается мощность от ТЭНа к нагреваемой жидкости и меньше подгорает .

Расчет силы тока

Сила тока: I=P/U . в котором: P — номинальная потребляемая мощность, U — напряжение в сети.
По расчитанной силе тока подбираются соответствующие провода, разъемы, устройства автоматического отключения и защиты.

HBPro Домашние пивовары

Современные производители в широком ассортименте выпускают электрические водонагреватели, используемые в квартирах и частных домах. Однако нередко возникает необходимость оборудовать на даче или в летнем домике систему нагрева воды с использованием самодельных устройств. В связи с этим приходится выполнять расчет мощности ТЭНа, чтобы , сделанные своими руками, работали максимально эффективно.

Как рассчитать мощность ТЭНа калькулятором онлайн

Расчет мощности ТЭНа с помощью онлайн-калькулятора выполняется учетом объема бака самодельного водонагревателя. Кроме того, учитывается начальная и конечная (требуемая) температура воды, а также предполагаемое время нагрева. На точность результатов оказывает влияние фактическое напряжение электрической сети и особенности конструкции данного ТЭНа. Все эти исходные данные вводятся в онлайн-калькулятор расчета мощности.

Основой всех расчетов служит формула, определяющая математические показатели мощности: P=0,0011m(tk-tн)/T, где:

• Р - это мощность ТЭНа,
• m - масса воды, подлежащей нагреву,
• tk-tн - температура воды в начале и конце нагрева,
• Т - время, необходимое для нагрева воды.

Калькулятор позволяет вычислить мощность нагревательного элемента без учета потерь тепла, различающихся в соответствии с конструкцией той или иной емкости. Кроме того на тепловые потери влияет температура окружающей среды и другие факторы.

Во время расчетов ТЭНа следует учитывать показатели фактического напряжения электрической сети, значительно отличающиеся от предполагаемого номинала. Например, пониженное напряжение может привести к снижению расчетной температуры рабочей поверхности ТЭНа. Поэтому времени для нагрева одного и того же объема воды потребуется значительно больше.

Во время расчетов в окне калькулятора «Объем нагреваемой воды» может быть вставлено значение массы этой воды с учетом ее удельного веса, составляющего 1 г/см3. Нередко холодная вода для нагрева поступает из городских систем водоснабжения. В этих случаях предусмотрена ее начальная температура, которая рекомендуется в летний период примерно 5-8 градусов, а в зимний период - 13-18 градусов. Конечный результат расчетной мощности Р в формуле подходит не только для одного ТЭНа, но и для нескольких элементов, соединенных параллельно.