Расчет мощности электических 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 = U² / R где,

P — мощность в ваттах

U²— 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.

Расчёт проволочного нагревателя | AlexGyver

Расчёт проволочного нагревателя нужен в первую очередь для определения потребного источника питания, то есть таких его параметров как напряжение и ток, ну и как следствие – мощности.

Хочу обратить ваше внимание, что существую онлайн-калькуляторы для расчёта сопротивления и остальных параметров проволочного нагревателя (примеры: раз, два)

Вот огромная подробная статья с расчётом ниромовых нагревателей.

Есть много различных сплавов с высоким удельным сопротивлением, из которых можно делать нагреватели. В нашем примере рассмотрим нихром и кантал. Для простоты расчётов ниже приведена таблица, содержащая в себе отношение диаметра проволоки к её сопротивлению на 1 метр (Ом/м).

Чтобы найти полное сопротивление отрезка проволоки, нужно:

• Определить (задать) диаметр проволоки и её материал (это можно сделать при покупке =)
• Согласно полученным (заданным) данным, найти его сопротивление (Ом/м) из таблицы
• Умножить длину отрезка проволоки (в метрах!) на удельное, в итоге получится величина сопротивления (Ом).

Проделав эти шаги в обратной последовательности, можно найти ДЛИНУ проволоки, зная её сопротивление, и варьируя ПЛОЩАДЬ СЕЧЕНИЯ.

Зная сопротивление, можно “подключить” нашу проволоку к источнику питания, чтобы найти потребляемый ток. По закону Ома (I=U/R) ток равен напряжение (в Вольтах) / сопротивление (в Омах), на выходе получится ток в Амперах. Это нужно в такой ситуации: у вас есть блок питания например на 12 вольт и максимум на 3 Ампера. И вам нужно проверить, не будет ли ток от вашего нагревателя превышать максимальный допустимый ток с блока питания. Чтобы найти мощность нагревателя в Ваттах, нужно умножить ток на напряжение (P=U*I), где P – электрическая мощность в Ваттах.

Обратная задача: спроектировать нагреватель заданной мощности. Например, для стульчака с подогревом нужно около 30 Ватт.

• Зададимся источником питания, пусть это будет БП на 12 Вольт от светодиодной ленты.
• Смотрим, какой будет ток: I=P/U=30/12~2.5 Ампер. Значит, нужен блок питания как минимум на 3 Ампера, чтобы был запас по току.
• Теперь можно найти сопротивление нагревателя из закона Ома: R=U/I=12/2,5=4.8 Ом.
• Далее обращаемся к таблице сопротивлений, прикинув нужную длину проволоки. Допустим мне нужен нагреватель с длиной 0.5 метра. Это значит, что удельное сопротивление будет 4.8/0.5=9.6 Ом/м.
• Ищем в таблице ближайшее удельное сопротивление (в моём примере это 9.06 Ом/м), и таким образом находим нужную нам площадь поперечного сечения провода (диаметр 0.46мм, значит площадь 0.16 мм2). Удельное будет слегка отличаться, так что можно провести проверочный расчёт, как в самом начале статьи. Зная новое удельное сопротивление (для выбранной проволоки), пересчитываем на наши 0.5 метров: 9.06*0.5=4.53 Ом. Таким образом, ток в цепи будет 12/4.53=2.65 Ампер, что несколько выше, чем мы хотели, но не выше 3 Ампер, как у нашего БП. Также увеличилась мощность, 2.65*12~32 Ватта. Если “реальное” значение вас не устраивает, можно слегка изменить ДЛИНУ нагревателя, и ток и мощность будут такие, как хотелось изначально. То есть берём не 0.5 метра, а чуть больше. Насколько чуть? Новую длину можно найти, разделив изначально нужно сопротивление на табличное удельное сопротивление, то есть в моём примере это 4.8/9.06~0.53 метра. Как видите, длина нашего нагревателя увеличилась на 3 сантиметра, но теперь мы получим нужные 30 Ватт.
• Идём в магазин, и покупаем =)

Ещё одно важное дополнение: при последовательном соединении нагревателей их сопротивление складывается (R1+R2+R3…..). А вот при параллельном – складывается очень хитро.

Надеюсь данная статья будет полезна желающим разобраться “в сути вещей”. А так конечно можно использовать готовые калькуляторы =)

ПОХОЖИЕ ЗАПИСИ

Онлайн калькулятор — закон Ома (ток, напряжение, сопротивление) + Мощность :: АвтоМотоГараж

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.

 

Расчет нагрева воды ТЭНом и электричеством

Определение технических параметров приборов и расчёт нагрева воды – мощности нагревателя, змеевика, количества тепла и расхода энергии для нагрева воды – зависит от типа устройства электроводонагревателей, которые бывают накопительными и проточными.

Содержание статьи

Общие данные, необходимые для вычислений

Чем мощнее электрообогреватель, тем быстрее он подогревает заданное количество воды. Поэтому приборы по этому параметру подбирается в соответствии с задачами, необходимым объёмом и допустимым временем ожидания. Так, например, нагрев до 60°С  15 литров с нагревателем в 1,5 кВт займёт около полутора часов. Однако для больших объёмов (например, для наполнения 100-литровой ванны) при разумном времени ожидания (до 3 часов) для доведения жидкости до комфортной температуры понадобится устройство на 3 кВт мощнее.

Для полноценного вычисления расчётной мощности  необходимо учесть ряд параметров:

1. Рабочий ресурс бытовой электросети.
   Проблема «выбивания пробок» особенно актуально стоит в домах вторичного жилфонда. Некоторые жильцы, столкнувшись с ней (например, при установке электрических радиаторов), решали вопрос добавлением отдельного кабеля, усилением проводки. Однако более универсальный рецепт – покупка водонагревателя со средним или низким энергопотреблением (чаще это приборы накопительного типа). Разница между количеством киловатт бытовой электросети и совокупной мощностью всех домашних электроприборов даст значение оптимальной мощности водонагревателя, к которому нужно стремиться.
2. Соотношение мощности ТЭНа (нагревательного элемента) и объёма бака.
   Параметр, более важный для устройств накопительного типа, в которых вода расходуется постепенно, и критичной становится скорость её остывания. Чтобы 1-киловаттный водонагреватель не покупали со 100-литровыми баками, производители приводят ориентировочную таблицу, где 1-киловаттный прибор предназначен на 15 литров, 1,5 кВт – на 50, 2 кВт – на 50-100, а 5 кВт – на 200-литровый бак.
3. Скорость водорасхода в минуту.
   Параметр имеет большее значение для проточных водонагревателей. В обиходе мощностные показатели такого нагревательного устройства (с учётом максимальной ресурсозатратности) рассчитываютсяпутём умножения на два количества литров ворорасхода в минуту. То есть, если на проточное мытьё посуды в среднем тратится 4 л/мин., то ТЭН должен быть 8 кВт. Если при приёме душа расходуется 8 л/мин., то необходим 16-киловаттныйТЭН. Вычисления усложняет то, что в квартире используются сразу 2 (а иногда и 3) точки водозабора. В этом случае, рекомендуется в вычислениях получившуюся величину умножать в полтора раза.

Накопительные водонагреватели (бойлеры)

Без физико-математических формул бытовой расчёт описывается следующим образом: за 1 час 1 кВт нагревает 860 литров на 1 К. Для более точного определения времени нагревания, мощностных характеристик, объёма используется универсальная формула, из которой потом выводятся остальные результаты:

Эта формула состоит из нескольких и отражает целый ряд параметров, учитывая при этом фактор теплопотерь. (При малых мощностных характеристиках и большом объёме этот фактор становится более существенным, однако в бытовых нагревателях этим учётным значением чаще пренебрегают):

N_full – мощностные характеристики нагревательного элемента,

Q_c – теплопотери водонагревательной ёмкости.

1. c= Q/m*(tк-tн)
   • С – удельная теплоёмкость,
   • Q – количество теплоты,
   • m – масса в килограммах (либо объём в литрах),
   • tк  и tн  (в °С) – конечная и начальная температуры.
2. N=Q/t
   • N – мощностные характеристики нагрева.
   • t — время нагревания в секундах.
3. N = N_full — (1000/24)*Q_c

Упрощенные формулы с постоянным коэффициентом:

• Расчёт мощности ТЭНа для нагрева воды нужной температуры:
  W= 0,00117*V*(tк-tн)/T
• Определение времени,  необходимого для нагревания воды в водонагревателе:
  T= 0,00117*V*(tк-tн)/W

Составляющие формул:

• W (в кВТ) –  мощностная характеристика ТЭНов (нагревательного элемента),
• Т (в часах) – время нагрева воды,
• V (в литрах) – объем бака,
• tк  и tн  (в °С) – конечная и начальная температуры (конечная – обычно 60°C).

Часто объём приравнивают к массе (m). Тогда определение мощности ТЭНа будет производиться по формуле: W= 0,00117*m*(tк-tн)/T. Формулы считаются упрощёнными, ещё и потому что в них не учитывается:

• фактическая мощность электросети,
• температура окружающей среды,
• конструктивные особенности и потенциальные теплопотери бака,
• рекомендации некоторых производителей, относительно tн (порядка 5-8 °С летом и 15-18 °С – зимой).

При покупке устройства надо принимать во вниание, что относительно низкие мощностные характеристики накопительных водонагревателей по сравнению с проточными ещё не гарантируют финансовую экономию. Накопительные меньше «забирают», но из-за того, что работают дольше, больше и расходуют. Хотите увидеть классные видеоролики, в которых женщины готовы отдаваться мужикам долго и в разных позах, тогда бесплатное порно https://www.faphub.tv/ можно найти, перейдя на данный сайт. Вы не пожалеете, что попали сюда, так как видео тут на любой вкус. Для финансовой экономии более надёжной стратегией будет общее снижение водопотребления за счёт установки различного вида экономителей (http://water-save.com/) и строгий учёт водорасхода.

Проточные водонагреватели

В расчете количества тепла для нагрева проточной воды надо учитывать разницу в стандартах напряжения России (220 В) и Европы (230 В), так как значительная часть электроводонагревателей изготовляется западноевропейскими компаниями. Благодаря этой разнице номинальный показатель в 10 кВт в таком приборе при подключении к российской сети в 220В будет на 8,5% меньше – 9,15.

Максимальный гидропоток V (в литрах за минуту) с заданными мощностными характеристиками W (в киловаттах) рассчитывается по формуле: V= 14,3*(W/t₂-t₁), в которой t₁ и t₂– температуры на входе в нагреватель и в результате подогрева соответственно.

Ориентировочные мощностные характеристики электроводонагревателей применительно к бытовым потребностям (в киловаттах):

• 4−6 –  только для мытья рук и посуды,
• 6−8 – для принятия душа,
• 10−15 – для мойки и душа,
• 15−20 – для полного водоснабжения квартиры или частного дома.

Выбор затрудняет то, что нагреватели выпускаются в двух вариантах подключения: к однофазной (220 В) и трёхфазной (380 В) сети. Однако нагреватели для однофазной сети, как правило, не выпускаются выше 10 киловатт.

Вычисления для бассейнов

Расчет нагрева воды в бассейне складывается из вычисления параметров электронагревателя и объёма, который необходимо подогреть. В таблице указано приблизительное время в часах, за которое температура поднимается с 10 °С до 28 °С. При этом существенную роль в конечных вычислениях играет площадь водяного «зеркала», температура окружающей среды, степень открытости/ закрытости места расположения бассейна.

Читайте далее

Оставьте комментарий и вступите в дискуссию

Расчет нихрома и фехрали для нагревателей: ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Нихром и фехраль – два самых распространенных типа материалов, из которых изготавливаются нагревательные элементы. В данной статье мы собрали полезные расчеты, которые могут понадобиться при проектировании нагревательного элемента, а также добавили два удобных калькулятора для расчета длины спирали и пересчета веса материалов в длину и наоборот.

Расчет длины проволоки для спирали

Расчет веса и длины

Расчет нихромовой спирали

Методика расчета по сопротивлению

Для начала давайте подробнее рассмотрим расчет длины проволоки из нихрома на основе мощности и электрического сопротивления. Во-первых нужно определиться с тем, какая мощность нагревательной спирали будет нужна. Допустим, нам необходимо изготовить небольшой нагреватель для прибора с мощностью 10Вт с напряжением 12 Вольт. Допустим, у нас имеется в наличии нихромовая проволока с диаметром сечения 0,1 мм.

Самый элементарный расчет без учитывания нагрева производится по формуле, знакомой нам из школьного курса физики:

Р=U∙І → І = Р/ U = 10 / 12 = 0,83 А

По закону Ома:

R= U/  І = 12 / 0,83 = 14,5 Ом.

Знаючи площадь сечения проволоки (S) и удельное сопротивление нихрома (ρ) можно вычислить длину проволоки, которая нам понадобится для изготовления спирали:

І = S∙ R/ ρ

Для того, чтобы узнать удельное сопротивление нихромовой проволоки определенного диаметра можно воспользоваться формулами или готовой таблицей значений. Для нихрома с диаметром 0,1 мм сопротивление будет 14,4 Ом и площадь сечения 0,008 мм2, тогда подставив значения в формулу мы получим длину проволоки равную 10 см.

Для расчета того, сколько витков спирали нужно сделать из проволоки полученной длины, нужно воспользоваться такими формулами:

Вычислим длину одного витка, равную:

Длина витка =π∙( диаметр намотки + 0,5 ∙ диаметр сечения проволоки)

Количество витков = длина проволоки / длина витка

Таким образом, если диаметр навивки нашей проволоки будет 2 мм, то

Количество витков = 100/( 3,14*(2+0,05))=15,5 витков

Теоретические расчеты – это, конечно, хорошо. Но выдержит ли на практике нихром с таким диаметром сечения подобный ток? Таблицы, предоставленные ниже, показывают максимальный ток, который допустим для определенных диаметров нити нихрома при заданной температуре. Говоря проще, нужно определить температуру, до которой должен нагреваться спиральный греющий элемент, и выбрать из таблицы его сечения для расчетного тока.

Если же нагреватель будет использоваться в жидкостной среде, силу тока можно взять больше в 1,2-1,5 раз, а если он будет нагревать замкнутое пространство, то стоит его ток уменьшить.

Методика расчета по температуре

Выше описанный простой расчет недостаточно точен из-за того, что мы берем величину сопротивления спирали в холодном состоянии. Но с изменением температуры изменяется и сопротивление материала. При этом также следует учесть, каковы условия достижения данной температуры. Для небольшой температуры, к примеру в обогревателях, первый способ расчета может применяться свободно, но для высоких температур в печах сопротивления данный способ будет слишком приблизительным.

Давайте рассчитаем спираль для муфельной печи при помощи второго метода. Для начала нужно вычислить объем камеры и на его основе мощность нагрева. Для муфельных печей существует такое правило подбора:

• Для печей с объемом до 50 л мощность берется из расчета 100 Вт на литр

• Для печей с объемом от 100 до 500 л мощность берется из расчета 50-70 Вт на литр

Возьмем для примера небольшую печь с объемом 50 литров, тогда мощность печи должна быть 50*100= 5000 Вт

Посчитаем силу тока (І) и сопротивление (R) для напряжения питания 220В

І = 5000/220 = 22,7 А

R = 220/22,7 = 9,7 Ом

Если подключать спирали при 380 В методом подключения «звезда», нужно мощность поделить на 3 фазы, таким образом у нас будет

Мощность на фазу = 5кВт / 3 = 1,66 кВт

При данном типе подключения к трехфазной сети на каждую фазу будет подаваться 220 В, соответственно ток и сопротивление будут равны:

І = 1660/220 = 7,54 А

R = 220/7,54 = 29,1 Ом

Если же соединение спиралей при напряжении 380 производится методом «треугольник», формулы расчета будут с учетом линейного напряжения в 380 В.

І = 1660/380 = 4,36 А

R = 380/4,36 = 87,1 Ом

Диаметр можно вычислить с учетом удельной поверхностной мощности нагревателя. Произведем расчет длины греющей нити, взяв удельные сопротивления из таблиц.

Поверхностная мощность = βэф*α(коэффициент эффективности)

Таким образом, чтобы нагреть муфельную печь до температуры 1000 градусов, нам нужна спираль с нагревом до 1100 С. По таблицам выберем соответствующие значения и получим:

Поверхностная мощность (Вдоп)=4,3∙0,2=0,86Вт/см2=8600 Вт/м2

Диаметр определяется по формуле d=³√((4*Rt*P²)/(π²*U²*В_доп))

Удельное сопротивление материала при нужной температуре (Rt) берется из таблицы

Если у нас нихром марки Х80Н20, Rt будет равным 1,025. Тогда Рт=1,13*10⁶*1,025=1,15*10⁶ Ом на мм

Для подключения типа звезда: диаметр равен 1,23 мм, длина = 42 м

Проверим значения по формуле L=R/(p*k)

Получим 29,1/(0,82*1,033)= 34 м

Таким образом видим, что в формуле без учета температуры есть существенное отличие в полученных значениях. Правильно выбрать длину одной спирали для подключения звездой равную 42 м, тогда для 3 спиралей вам понадобится 126 метров проволоки нихрома с диаметром 1,3.

Вывод

На основе формул и калькулятора можно произвести быстрый расчет длины нихромовой или фехралевой проволоки и вычислить ее диаметр исходя из необходимой мощности и температуры нагревательного элемента, однако даже второй более сложный метод расчета не учитывает ряда факторов. На практике после произведенных теоретических расчетов необходимо произвести манипуляции с результатами исходя из особенностей использования нагревателя.

Для точных расчетов длины фехралевых и нихромовых спиралей, а также для получения консультации по нагревательным элементам обращайтесь к нашим специалистам по телефонам или через электронную почту. У нас, кроме готовых промышленных нагревателей, вы также можете приобрести комплектующие для их создания, включая проволоку и ленту фехраль, термостойкие провода, керамические изоляторы, миканит, термостойкие разъемы и прочее.

 

Расчет оборудования для нагрева воды в бассейне. Виды нагревателей. – Статьи

1. Общие понятия

Температура окружающего воздуха основательно влияет на температуру воды в открытом  бассейне. При температуре воздуха 18-20 градусов человек чувствует себя еще мало-мальски комфортно, однако, плавать при такой температуре мало кому захочется.  Зачастую, такие условия в теплом периоде в средней полосе и севернее,  составляют львиную долю. В связи с этим,  вопрос подогрева воды в бассейне актуален.

Норматив  температуры воды для бассейнов

Тип бассейна	Температура воды по нормативу (градус по Цельсию)
Плавательные и спортивные бассейны	24-26
Детские бассейны	28-30
Гидромассажные и спа-бассейны	32-38

Для исключения проблем с поддержанием необходимой температуры воды уже на этапе проектирования подбирают необходимое нагревательное оборудование. В статье мы поможем Вам освоиться с этой проблемой и выбрать подходящую модель по типу и мощности.

Устройства обогрева воды работают по принципу передачи тепла «от горячего к  холодному». Установки различаются принципом получения тепла для нагрева.

Типы и принцип работы водоподогревателей

Тип установки обогрева воды	Принцип получения тепла
Рекурперативные теплообменники (теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах, теплообмен происходит через стенку)	Циркулирующая вода нагретая любым способом передает через стенки тепло, нагревая воду.
Электронагреватели	Нагреваются за счет электроэнергии. Тепло передается воде напрямую от трубчатых электронагревателей (ТЭН)

2.Теплообменники

Водно-водяной теплообменник состоит из корпуса, внутри которого смонтированы два контура. Первичный контур (контур нагрева) предназначен для циркуляции воды из бойлера. Вторичный контур – для циркуляции воды из бассейна. Между контурами происходит теплообмен следующим образом. Вода из бассейна забирает тепло от воды из теплообменника. Остывшая вода снова проходит через бойлер, подогревается и снова возвращается в теплообменник для отдачи тепла воде из бассейна. И так по замкнутому кругу пока вода в бассейне не достигнет заданной температуры. Затем нагреватель в зависимости от настроек либо отключается, либо продолжает работать в режиме поддержания требуемой температуры.

Время, требуемое для нагрева воды до заданной температуры, зависит от объема бассейна и мощности нагревателя.

Тип и особенности конструкции теплообменника

Тип теплообменника	Особенности конструкции
вертикально расположенные	Нагревательный контур в виде пучка тонких трубок, по каждой из которых протекает вода. Большое количество  трубок в пучке повышает площадь теплопередачи. Есть конструкции с демонтируемым пучком трубок (повышение ремонтопригодности).
горизонтально расположенные	Нагревательный контур в форме спирали

Корпус теплообменника изготавливают из

1. композитного пластика,
2. нержавеющей стали,
3. титана.

Контур нагрева изготавливают из

1. нержавеющей стали (подходит по соотношению цена/качество для бассейнов с пресной водой),
2. титана (для бассейнов с морской водой),
3. никеля,
4. купроникеля.

Достоинства и недостатки теплообменников

Достоинства	Недостатки
сравнительно дешевые	для работы в доме должен быть газовый котел (можно электрический котел, но это уже дорого)
не требуют больших  затрат в процессе эксплуатации	на заявленной мощности теплообменник будет работать только при указанных в тех. паспорте разнице температур первичного и вторичного контура и соотношения скоростей жидкости в них

Падение производительности нагревателя в случае отклонения от паспортных данных можно проанализировать по графикам (диаграмма А,Б)

3. Солнечные коллекторы (солнечные батареи)

Нагреваются под действием солнечных лучей и это тепло используется для подогрева воды в бассейне. Коллектор имеет систему тонких трубок.

Достоинства и недостатки солнечных коллекторов

Достоинства	Недостатки
не требуется газовый котел	малая мощность (квадратный метр батареи выдает тепловую энергию 0.6 – 0.9 кВт/час. Для покрытия мощности слабого водно-водяного теплообменника потребуется площадь батарей равная площади поверхности бассейна.)
не тратится электричество	применяется в южных широтах нашей Родины с большим количеством солнечных дней

4. Электронагреватели

Электронагреватели являются устройствами альтернативными  теплообменникам.  Принцип действия: в корпусе размещается трубчатый электронагревательный  элемент (ТЭН). Он передает тепло протекающей воде. Особых различий между моделями нет.

При выборе электронагревателя ориентиром является:

1.  выходная мощность,
2.  материал, из которого изготовлен корпус,
3.  материал, из которого изготовлен ТЭН.

При использовании морской воды ТЭН подбирают из титана, никеля или купроникеля.

Достоинства и недостатки электронагревателей

Достоинства	Недостатки
для удобства оснащены термостатом с дисплеем, что позволяет легко регулировать температуру воды	огромный расход электроэнергии (повышенные затраты на обслуживание бассейна)
оснащены комплектом автоматического управления (датчиком потока или датчиком давления) , который не позволяет работать при слабом потоке воды	модели большей мощности требуют трехфазного подключения к сети
изначально укомплектованы всем необходимым для запуска и работы

 

Особенности монтажа

Электронагреватель включают в цепь так, чтобы входящая труба была направлена вертикально вниз. В таком случае прибор всегда будет наполнен водой и даже при выходе из строя автоматики ТЭН не перегорит.

Практика показывает, что электронагреватели используют для бассейнов до 12 – ти кубометров открытого типа и до 20 – ти кубометров закрытого типа.

Задача по поддержанию в бассейне необходимой температуры решается не так уж и просто. Формула для расчета времени нагрева воды не учитывает важную ее особенность – теплопотери при испарении. Из-за этого подогрев воды происходит длительнее, при всем при том, что, подогрев и без того занимает массу времени.

 

 

 

В связи с этим в проект включают вспомогательные средства для подогрева:

1.  термическое покрывало,
2. покрытие стенок бассейна теплоизоляционным напылением,
3. использование системы солнечных батарей.

5. Тепловые насосы для подогрева воды

Тепловой насос  предназначен охлаждать или обогревать воду в  плавательном бассейне с помощью преобразования энергии атмосферного воздуха в тепло.

 Устанавливается вне помещения.

Достоинства

— очень простое подключение — достаточно подключить воду и электропитание теплового насоса.

— встроенная система  автоматически выставляет оптимальные режимы работы компрессора и вентилятора для получения максимального КПД, путём замера соотношения температуры воздуха и теплоносителя. Управление осуществяется цифровым пультом, есть несколько автоматических настроек работы поддержания температуры.

— установлены датчики и системы защиты: защита от малого и большого давления теплоносителя, датчик высокой температуры теплоносителя, датчик потока воды, система отключения при низкой температуре воздуха, система автоматического оттаивания.

Выводы:

1. Для нагрева воды в бассейне в основном используются водно-водяные теплообменники, электронагреватели и солнечные батареи. Последний вариант используется в основном в качестве дополнительного источника нагрева.

2. Выбор модели основывается на мощности нагревателя.

3. В бассейне с морской водой требуется нагреватель  из антикоррозийных материалов.

4. Нагрев воды в бассейне занимает продолжительное время

6. Порядок расчета времени работы теплообменника

Оценим время работы теплообменника по нагреву бассейна. Для этого воспользуемся эмпирической формулой (без учета отклонений от имеющейся мощности и потерь тепла):

t = 1.16  *  V  *  T  /  P,  где,

t – искомое время в часах,

V – объем воды в бассейне в кубометрах,

T – требуемая разница температур в градусах,

P – заявленная мощность.

Пример расчета.

По этой формуле заранее посчитаем необходимое время нагрева вашего бассейна теплообменником заявленной мощности. Например, вода в бассейне 20 градусов,  а требуется нагреть до 26 градусов, т.е. на 6 градусов, при объеме бассейна 30 кубометров и  мощности теплообменника 6 кВт.

t  =  1.16  *  30  *  6   /  6,       t  =  34,8 час.

7. Определение необходимой мощности нагревателя

Приведем несколько обобщенных формул для правильного подбора водонагревателя.

Определение мощности водонагревателя

Тип и место использования водонагревателя	Значение требуемой мощности водонагревателя
Теплообменник для открытого бассейна (мощность в кВт)	Равен объему бассейна (куб. метр)
Теплообменник для закрытого бассейна (мощность в кВт)	Равен ¾ объема бассейна (куб. метр)
Электронагреватель для открытого бассейна (мощность в кВт)	Равен ½ объема бассейна (куб. метр)
Электронагреватель для закрытого бассейна (мощность в кВт)	Равен 1/3 объема бассейна (куб. метр)
Солнечные батареи	Суммарная площадь коллекторов должна быть равна площади самого бассейна

Расчет мощности нагревателя воды описан в разной литературе.  Мы же будем использовать формулы из книги «Planung von Schwimmbadern» C. Saunus

Мощность теплообменника определяется из условий первичного нагрева воды в бассейне. Обычно принимается время первичного нагрева  2-4 дня при непрерывной работе нагревателя.

Qs = V*C*(tB – tK)/Za + Zu*S

Qs – мощность нагревателя (Вт)

V – объем бассейна (л)

C – удельная теплоемкость воды, C = 1,163 (Вт/кгК)

tB – требуемая температура воды (град. по Цельсию)

tK – температура заполняемой воды  (град. по Цельсию)

S – площадь зеркала воды (кв. метр)

Za – требуемое время нагрева

Zu – потери тепла (в час.)

Тип бассейна и значение параметра потери тепла

Тип и местонахождение бассейна	Значение параметра потери тепла Zu
Бассейн в помещении	180 (Вт/м2)
Бассейн на открытом воздухе (полностью открытое место)	1000 (Вт/метр кв.)
Бассейн на открытом воздухе (частично закрытое место)	620 (Вт/метр кв.)
Бассейн на открытом воздухе (полностью закрытое место)	520 (Вт/метр кв.)

При расчете по этой формуле условно – 1 кг = 1 л. 

Таким образом, мы рассмотрели современные устройства подогрева воды в бассейне. Они имеют разные принципы действия, форму, технические характеристики и цену. Выбор подходящего именно для своего бассейна за Вами, а также можете обратиться к специалистам в нашу компанию и получить крайне граммотную консультацию. 

Калькулятор расчета спирали из нихрома и фехраля для нагревателей :: информационная статья компании Полимернагрев

Электронагреватели могут производиться с нагревательными спиралями из различных материалов, но наиболее популярными все же являются нихром и фехраль. Нихром — это сплав никеля и хрома, а фехраль – сплав железа, хрома и алюминия. Они имеет высокую коррозионную стойкость и температуру плавления, поэтому и используется в электрических приборах и нагревателях.

Данная статья поможет вам разобраться в расчетах параметров греющих спиралей, а простые и удобные калькуляторы сделают быстрый подсчет нужной длины проволоки и переведут длину в вес и обратно. Воспользуйтесь этими онлайн-калькуляторами нихромовой проволоки, чтобы рассчитать сопротивление, площадь сечения, ток и длину нихромовой и фехралевой проволоки, просто указав мощность и напряжение.

Расчет длины спирали

Расчет веса и длины

Расчет спирали из нихрома и фехраля

Существует несколько способов расчета греющих спиралей, рассмотрим для начала более простой метод, учитывающий только сопротивление материала, а потом включим в расчет еще и изменение сопротивления под воздействием темепературы.

Способ расчета спирали по сопротивлению материала

В данном способе все довольно просто. Нам нужны первоначальные данные, на основе которых мы будем проводить вычисления. Они включают в себя:

• Мощность нагревательного элемента, который хотите получить

• Напряжение, при котором спираль будет работать

• Диаметр и тип проволоки, который имеется в наличии

Предположим, у нас имеется электроприбор, который должен работать с мощностью 12 Вт под напряжением 24 В. При этом мы используем проволоку из нихрома с сечением 0,2 мм.

Для вычислений нам потребуется самая элементарная формула из общеобразовательного курса физики:

Мощность (Р) = Напряжение (U) * Сила тока (I)

Отсюда

І = Р: U = 12 : 24 = 0,5 А

Теперь воспользуемся законом Ома для определения сопротивления:

Сопротивление (R ) = Напряжение (U)  * Сила тока (I) = 24/0,5 = 48 Ом

Теперь нам нужна формула для определения длины проводника:

Длина (L) = Площадь сечения (S) * Сопротивление (R)  / Плотность материала (ρ)

Как же  узнать сопротивление нихромовой проволоки?  Помочь в решении данной задачи нам помогут таблицы плотности материалов или формулы для вычисления значения. Итак, если у нас проволока имеет диаметр 0,2, значит площадь сечения по формуле будет 0,0314 мм2, сопротивление смотрим по таблице и получаем длину проволоки 1,3 м.

Но это все чисто теоретически, ведь мы не знаем, сможет ли выдержать проволока данного диаметра такой ток. Посмотрим таблицу, в ней указаны максимальные значения тока для проволоки определенного диаметра. В нашем случае это 0,65, значит наше значение 0,5 лежит в допустимых пределах.

Также не забывайте учесть среду, в которой будет работать нагреватель. Если вы греете жидкость, можно смело увеличивать силу тока вдвое, а если замкнутое пространство – наоборот, уменьшать.

Способ расчета спирали по температуре

Тот, способ, который мы описывали выше, является не очень точным по той причине, что нами не было взято в расчет изменение сопротивления резистивной проволоки при росте температуры. Поэтому его можно применять только для не слишком высоких температур до 200-250 градусов. Для высокотемпературных печей данный расчет будет совсем неточным, поэтому рассмотрим второй метод.

Возьмем муфельную печь отжига и определим объем камеры и нужную мощность. Помогут с вычислениями нам такие два правила.

• Если объем печи меньше 50 литров, то подбираем мощность 100 Вт на литр

• Если же объем печи больше 100 литров, мощность рассчитывается как 50-70 Вт на литр

Допустим, наша печь отжига имеет объем 50 литров, мощность тогда будет 5 кВт. Если напряжение в сети должно быть стандартные 220 В, то сила тока и сопротивление будет равны:

І = 5000:220 = 22,7 А

R = 220:22,7 = 9,7 Ом

Подключение звездой при напряжении 380 В потребует деления мощности на 3 фазы, тогда наша мощность для одной фазы будет равна 5кВт / 3 = 1,66 кВт

Подключение звездой предполагает, что на каждую из фаз будет подаваться напряжение питания 220 В, следовательно значения сопротивления и силы тока будет такими:

І = 1660/220 = 7,54 А

R = 220/7,54 = 29,1 Ом

Второй тип подключения ТЭНов для напряжения в 380 В «треугольник» предполагает подачу линейного напряжения в 380 В, поэтому мы получим:

І = 1660/380 = 4,36 А

R = 380/4,36 = 87,1 Ом

При помощи ниже указанных таблиц мы можем найти удельную поверхностную мощность нагревательного элемента и вычислить на его основе длину проволоки.

Поверхностная мощность = βэф*α(коэффициент эффективности)

В итоге, чтобы наша печь нагрелась до 1000 С, нагревательный элемент должен производить температуру в 1100 градусов. Возьмем таблицы и выберем соответствующие значения. Тогда получим:

• Поверхностная мощность (Вдоп)=4,3∙0,2=0,86Вт/см2=8600 Вт/м2

• Диаметр определяется по формуле d=³√((4*Rt*P²)/(π²*U²*В_доп))

Rt — удельное сопротивление материала при нужной температуре берем из таблицы

Если наша спираль изготовлена из нихрома марки Х80Н20, Rt будет равняться 1,025. Значит Рт=1,13 * 10⁶ * 1,025 = 1,15 * 10⁶ Ом на мм

При подключении типа «звезда»: диаметр равен 1,23 мм, длина = 42 м

Если же мы проверим результат по упрощенной формуле L=R/(p*k)

Получим 29,1/(0,82*1,033)= 34 м

Из этого мы видим, что не учитывая температуру мы получаем совсем другое значение длины проволоки и более правильным является выбор второго метода.

Итоги

Онлайн калькулятор для расчета спирали поможет вам с быстрыми предварительными расчетами, но для точного учета всех особенностей даже второго метода расчета с учетом температуры может быть не достаточно. На практике существует еще очень много факторов, которые нужно взять во внимание при расчете параметров нагревателя.

Если вам нужна помощь с расчетами нагревателей – обращайтесь к нам. Наши специалисты имеют огромный опыт в проектировании нагревательных элементов для различного промышленного оборудования. Мы поможем с расчетами оптимальных параметров нагревательных элементов для вашего оборудования и можем изготовить любой тип нагревателей для Вас.

Как рассчитать мощность нагревателя, чтобы достичь нужной температуры?

Опубликовано 20 ноября 2019 г.

Выбирая поверхностный обогреватель для использования в промышленных процессах или приложениях, вы должны начать с расчета требуемой мощности. Это позволяет вам найти обогреватель, который сможет достичь нужной температуры в течение соответствующего периода времени.

Основные факторы, которые необходимо учитывать: При сравнении промышленных поверхностных обогревателей следует учитывать три основных аспекта.Это включает:

• Температура: Насколько горячей должна быть ваша поверхность?
• Материал: Какой материал следует нагревать? Насколько он велик и сколько весит?
• Скорость теплопередачи: Как быстро вам нужно достичь заданного значения температуры? Следует ли медленно повышать температуру материала или вам нужно быстро реагировать?

Как рассчитать необходимую мощность

Чтобы определить, будет ли конкретный обогреватель хорошо работать в вашем приложении, вы должны сравнить его мощность с вашими требованиями.Вы можете использовать следующую формулу, чтобы определить требуемую мощность.

кВт = (WT x Cp x Δ T) / 3412 x h

Где:
кВт = ваша потребность в киловаттах
WT = вес нагреваемого материала в фунтах.
Cp = удельная теплоемкость нагреваемого материала, в БТЕ / фунт ° F
Δ T = Повышение температуры, ° F
3412 = коэффициент преобразования, БТЕ / кВтч
ч = сколько времени необходимо для достижения заданного значения температуры, в часах

Пример расчета

Вот пример приложения, для которого вам нужно рассчитать требуемую мощность.Рассмотрим алюминиевую пластину, которая используется для нагрева солнечного элемента, чтобы определить диапазон его рабочих температур.

Первым делом нужно определить вес алюминиевой пластины. В этом примере, скажем, это пять фунтов.

Затем вам нужно найти удельную теплоемкость алюминия, которая составляет 0,21 БТЕ на фунт на градус Фаренгейта.

Следующим шагом является вычисление разницы между начальной и целевой температурой. В этом примере вы можете использовать 149 градусов по Фаренгейту, что является максимальной температурой, которую может достичь большинство солнечных элементов, при этом сохраняя при этом высокую производительность.Этот расчет дает дельту температуры 90 градусов по Фаренгейту.

Для простоты вы можете установить желаемое время нагрева на один час для этого примера.

кВт = (5,0 x 0,21 x 90 °) ÷ 3412 x 1,0

Это уравнение дает результат общей мощности 0,028 киловатт или 28 Вт.

Вы можете выполнить тот же процесс, чтобы рассчитать, сколько мощности вам потребуется для нагревателя для любого применения.

Если у вас есть дополнительные вопросы о том, как выбрать поверхностный обогреватель для вашего применения, свяжитесь с нами сегодня.Член нашей команды будет рад помочь.

Техническое обучение Техническое обучение Калькулятор мощности

| Уотлоу

Материал № {{$ index + 1}} ×

Выбрать материал Фаир 550 ° Фаир 600 ° Фаир 650 ° Фаир 700 ° Фаир 750 ° Фаир 800 ° Фаир 850 ° Фаир 900 ° Фаир 950 ° ФацетиленВоздухСпирт, этиловый (пар) спирт, метил (пар) аммиакАргонБутанБутиленДиоксид углеродаМоноксид углеродаХлорметилхлорметан, хлористый метиленхлорметан, хлорметан, хлорметан, хлорметан, хлорметан, хлорметан, хлорметан, хлорметан, хлорметан, хлорметан, хлорметан, хлорметан, хлорметан, хлорметан, хлористый эфир Кислота Водород Сероводородметан Оксид азота Азот Оксид азота Кислород Диоксид серы Водяной пар (212 ° F) Уксусная кислота, 100% ацетон, 100% аллиловый спирт, аммиак, 100% амиловый спирт, анилин, хлор, масло, асфальт, бензол, хлористый эфир, 25% спирт, хлористый эфир, хлористый эфир, хлористый эфир, 25% спирт, хлористый эфир, хлористый эфир, 25% спирт, хлористый эфир, хлористый эфир, 25% спирт Масло, эфир, этилацетат, этиловый спирт, 95% этилбромид, этилхлорид, этилйодид, этиленбромид, этиленхлорид, этиленгликоль, жирная кислота, алеиновая жирная кислота, пальмитиновая жирная кислота, стеариновая кислота, Свежая, средняя муравьиная кислота Фреон 11 Фреон 12 Фреон 22 Фрукты, свежие, средние Топливное масло № 1 (керосин) Топливное масло № 2 Топливное масло тяжелое № 5, № 6 Топливное масло Среда № 3, № 4 Базолин Глицерин Гептан Гексан Мед Гидрохлористоводородная кислота, 10% лед Ледяной крем Мерил Хлорид Среднеэтиленовый эфир Мерилметилен Мерилсодержащий крем , 3.5% меласса, нафталин, азотная кислота, 7% азотная кислота, 95% нитробензол, оливковое масло, парафин, плавленый (150 ° F +), изоцианат, компонент B, полиолипидная смола, перхлорэтилен, фенол (карболовая кислота), фосфорная кислота, 10% фосфорная кислота, фосфорная кислота, 10% фосфорная кислота (1000 °, пропан, 20 °) ) Пропионовая кислота, пропиловый спирт, SAE 10-30SAE 40-50, морская вода, натрий (1000 ° F), гидроксид натрия (каустическая сода), 30% раствор, гидроксид натрия (каустическая сода), 50% раствор, соевое масло, крахмал, сахар, сахар, 40% сахарный сироп, сахароза, 60% сахарный сироп, сера, плавленый (500 ° F) серная кислота, 20% серная кислота, 60% серная кислота, 98% толуол Трансформаторные маслаТрихлор-трифторэтанТрихлорэтиленТурпентин Растительное масло Овощи, свежие, средние водыВина, столовые и десертные, средние ксилол-алюминий-алюминий 2024-0Алюминий-алюминий Латунь (80-20) Латунь (желтый) Бронза (75% Cu, 25% Sn) Кадмий Кальций Карбол (цементированный карбид) Углерод Хром Кобальт Константан (55% Cu, 45% Ni) Медь Немецкое серебро Золото Инколой 800 Инконель 600 Инвар 36% N Железо, литое железо, кованый свинец, линотип, литий, магний, марганец, ртуть, молибден, монель® 400, металл Muntz (60% меди, 40% цинка), нихром (80% никель, 20% хрома), никель, 200, платина, калий, родий, кремний, Sn, серебро,%, натрий, припой (50% свинец, припой, 50% свинец, припой (50%), Sn, припой (50%) Мягкая углеродистая сталь, нержавеющая сталь 304, 316, 321, нержавеющая сталь 430, тантал, олово, титан, вольфрам, металл (85% Pb, 15% Sb), уран, цинк, цирконий, 0.5 Sn, Sn, 0.5Pb0.6 0.4PbAluminumBismuthCadmiumGoldLeadLithiumMagnesiumMercuryPotassiumSilverSodiumTinZincAllyl, CastAlumina 96% глинозем 99,9% Алюминий NitrideAluminum силикатного (Лава Класс А) Смола AmberAsbestosAshesAsphaltBakelite, PureBarium ChlorideBeeswaxBoron нитрид (Уплотненный) Кирпич, Общий ClayBrick, Облицовка / Строительство & MortorsCalcium ChlorideCarbonCarnauba WaxCement, Портленд LooseCerafelt ИзоляцияКерамическое волокноМелА угольХромовый кирпичГлинаУголь (антерцит) Угольные гудроныКоксБетон (шлак) Бетон (камень) Кордиерит (AISI Mag 202) ПробкаХлопок (лен, конопля) ДелринБриллиантЗемля, сухая и упакованнаяЭтилцеллюлоза, стекловолокно, стекловолокно, стекловолокно, стекловолокно, стекловолокно, стекловолокно, огнестойкое стекло 243) ГранатСтеклоГранитГрафитЛедИзопрен (Натуральный каучук) ИзвестнякГлитаргМагнезияМагнезитовый кирпичОксид магния (после уплотнения) Оксид магния (до уплотнения) Силикат магнияМраморМаринит I @ 400 ° Fеламин ФормальдегидСлюдаНейлоновое волокно sPaperParaffinPhenolic FormaldehydePhenolic смола, CastPhenolic, лист или труба, LaminatedPitch, HardPlastic- ABSPlastic- AcrylicPlastic- Целлюлоза AcetatePlastic- ацетат целлюлозы ButyratePlastic- EpoxyPlastic- FluoroplasticsPlastic- NylonPlastic- PhenolicPlastic- PolycarbonatePlastic- PolyesterPlastic- PolyethylenePlastic- PolyimidesPlastic- PolypropylenePlastic- PolystyrenePlastic- Поливинилхлорид AcetatePorcelainPotassium ChloridePotassium NitratePotassium Нитратная ванна (твердая) — температура вытяжки 275Калиевая ванна с нитратом калия (твердая) — температура вытяжки 430КварцСоль, резина, синтетика, песок, сухой кремнезем (плавленый), карбид кремния, нитрид силикона, силиконовый каучук, мыльный камень, карбонат натрия, хлорид натрия, ванна цианида натрия, гидроксид натрия, смешанные соли натрия и натрия, гидроксид натрия (75%) 275 натриевая ванна (сплошная) — 430 натрий нитрит почва, сухая, включая камни, стеатит, камень, камень, песчаник, сахар, сера, тафлон, мочевина, формальдегид, винилиден, винилит, дерево, дуб, сосна, цирконий

Как рассчитать потребляемую мощность в кВт для типичных применений обогревателя

Расчет отопления резервуара

При выборе нагревателя для обогрева резервуара вы должны сначала определить, требует ли приложение поддержания температуры или ее необходимо повысить.Ниже приведены расчеты для каждого приложения. Вы также можете посетить наш веб-сайт и воспользоваться нашим онлайн-калькулятором; найдите ссылку на бесплатный калькулятор в верхней части страницы.

Поддерживаемая температура

Для расчета мощности, необходимой для поддержания температуры резервуара, вам необходимо определить площадь поверхности резервуара, поддерживаемую температуру технологического процесса, минимальную температуру окружающей среды и коэффициент сопротивления изоляции.

Площадь:

Цистерна круглая —

A (фут²) = (2 x p x r x в) + (2 x p x r²)

р = 3.14

r = радиус (фут)

h = высота (фут)

Прямоугольный бак —

A (фут²) = 2 x [(длина x ширина) + (длина x высота) + высота x ширина)]

l = длина (фут)

w = ширина (фут)

h = высота (фут)

После определения площади резервуаров поддерживаемая мощность KW может быть рассчитана следующим образом:

кВт = (A x (1 / R) x ΔT (° F) x SF) / 3412

A = площадь поверхности

R = R-значение изоляции

• Используйте 0.5 как R-значение неизолированного стального резервуара
• Типичные примеры см. В таблице ниже
• R-значение = толщина (дюймы) / k-фактор

ΔT = разница между заданной температурой процесса и самой низкой температурой окружающей среды

SF = коэффициент безопасности, рекомендуется 1,2

3412 = преобразование БТЕ в

кВт

Таблица 1

Тип изоляции	R-Value / дюйм толщины
Стекловолокно	Р-3
Минеральное волокно	Р-3.7
Силикат кальция	Р-2
Пенополиуретан с открытыми порами	Р-3,6
Пенополиуретан с закрытыми ячейками	R-6
Пена для распыления полиизоцианурата	R-6

Пример:

Резервуар для высоковязкой сырой нефти диаметром 42 ‘и 40’ с изоляцией R-6 должен поддерживаться при температуре 75 ° F при минимальной температуре окружающей среды 10 ° F.

A = (2 x 3,14 x 21 x 40) + (2 x 3,14 x 21²)

A = 8044,68 фут²

кВт = (8044,68 x 1/6 x 65 x 1,2) / 3412

кВт = 30,65

Повышение температуры

Расчет кВт для повышения температуры материала в резервуаре (нагрев) начинается с той же информации, которая требуется в приложении для обслуживания. Кроме того, нам потребуется вес нагреваемого материала, удельная теплоемкость материала и время, необходимое для нагрева материала от начальной до конечной температуры.Расчет кВт для повышения температуры выглядит следующим образом:

кВт итого = кВт выработка + техническое обслуживание

кВт

КВт = [(M x Cp x ΔT x SF) / 3412] / т

M = вес материала в фунтах

Cp = удельная теплоемкость, см. Примеры в таблице

ΔT = разница между заданной (конечной) температурой процесса и начальной температурой

SF = коэффициент безопасности, рекомендуется 1,2

3412 = преобразование БТЕ в

кВт

t = время в часах

KWmaintain = (A x (1 / R) x ΔT (° F) x SF) / 3412

A = площадь поверхности

R = R-значение изоляции

• Используйте 0.5 как R-значение неизолированного стального резервуара

ΔT = разница между заданной температурой процесса и самой низкой температурой окружающей среды

SF = коэффициент безопасности, рекомендуется 1,2

3412 = преобразование БТЕ в

кВт

Пример:

Резервуар 4 ‘x 6’ x 12 ‘с 1800 галлонами воды необходимо нагреть с 60 ° F до 95 ° F за 3 часа. Резервуар имеет изоляцию R-4, а минимальная температура окружающей среды составляет 0 ° F.

Для начала нам нужно преобразовать галлоны воды в фунты:

фунтов = G x D1

G =

галлонов

D1 = фунты на галлон из таблицы ниже

фунта = 1800 x 8.34

фунтов = 15 012

Если объем резервуара указан в кубических футах (фут3), формула будет выглядеть так:

фунтов = C x D2

C = кубические футы материала

D2 = фунты на фут³ из таблицы ниже

Таблица 2

Материал	Д 1 фунтов / галлон	Д 2 фунт / фут³	Удельная теплоемкость
вода	8.34	62,4	1
# 1 мазут	6,8	50,5	0,47
# 2 мазут	7,2	53,9	0,44
№ 3,4 мазут	7,5	55,7	0,425
# 5,6 мазут	7,9	58,9	0,41
Бункер С	8,15	61	0.5
Масло по SAE 10-50	7,4	55,4	0,43
этиленгликоль	9,4	70	0,55
50% этиленгликоль / вода	8,8	65,8	0,76
воздух	–	0,073	0,24
азот	–	0,073	0,25

кВт Разогрев = [(15 012 x 1 x 35 x 1.2) / 3412] / 3

КВт = 61,6

плюс

KWmaintain = (288 x 1/4 x 95 x 1,2) / 3412

KWmaintain = 2,4

КВт итого = 64

Расчет для нагрева воздуха в воздуховоде

Когда объем воздуха в стандартных кубических футах в минуту (SCFM) и требуемое повышение температуры в ° F (ΔT) известны, требуемая мощность обогревателя в киловаттах (кВт) может быть определена по следующей формуле:

кВт = (SCFM x ΔT) / 3193

Обратите внимание, что CFM дан для стандартных условий (SCFM): 80 ° F и нормального атмосферного давления 15 фунтов на квадратный дюйм.CFM при более высоком давлении (P) и температуре воздуха на входе (T) можно рассчитать следующим образом:

SCFM = ACFM x (P / 15) x [540 / (T + 460)]

Пример:

Сушильная печь, работающая при избыточном давлении 25 фунтов на кв. Дюйм (10 фунтов на квадратный дюйм), рециркулирует 3000 кубических футов в минуту воздуха в минуту через нагреватель, который повышает его температуру с 350 до 400 ° F.

Чтобы выбрать подходящий обогреватель:

Шаг 1: Преобразуйте 3000 куб. Футов в минуту при 25 фунтах на кв. Дюйм и 350 ° F в куб. Фут в минуту при стандартных условиях, используя приведенную выше формулу:

3000 x (25/15) x [540 / (350 ° F + 460)] = 3333 SCFM

Шаг 2: Рассчитайте требуемую кВт:

[3333 SCFM x (400 ° F-350 ° F)] / 3193 = 52 кВт

Расчеты для систем циркуляционного нагревателя

При расчете мощности, необходимой для нагрева материала, протекающего через циркуляционный нагреватель, можно применить приведенное ниже уравнение KW.Это уравнение основано на критерии отсутствия испарения в нагревателе. Уравнение KW включает 20% -ный коэффициент безопасности, учитывающий тепловые потери оболочки и трубопроводов, изменение напряжения и допустимую мощность элементов.

кВт = (M x ΔT x x Cp x S.F.) / 3412

Где:

кВт = мощность в киловаттах

M = расход в фунтах / час

ΔT = повышение температуры в ° F (разница между минимальной температурой на входе и максимальной температурой на выходе.)

Cp = удельная теплоемкость в БТЕ / фунт ° F

С.Ф. = коэффициент безопасности 1,2

3412 = преобразование БТЕ в

кВт / ч

Пример водяного отопления:

У нас есть 8 галлонов в минуту воды с температурой на входе 65 ° F и температурой на выходе 95 ° F. Сначала преобразуйте скорость потока в фунты / час.

8 галлонов	х	1 фут³	х	60 мин	=	64,17 фут3 / ч
мин.		7.48 галлонов		1 час

Переведите в фунты / час, получите плотность и удельную теплоемкость из таблицы 2 выше.

64,17 фут3 / час x 62,4 фунта / фут³ = 4004 фунта / час

Теперь вычислите KW:

кВт	=	4004 фунта / час x (95-65) ° F x 1 БТЕ / фунт ° F x 1,2
		3412
кВт	=	42

Пример газового отопления:

Воздух течет при давлении 187 кубических футов в минуту и ​​давлении 5 фунтов на квадратный дюйм.Его необходимо нагреть от температуры на входе 90 ° F до температуры на выходе 250 ° F. Сначала преобразуйте расход в SCFM, используя формулу, приведенную ранее.

187 x (20/15) x [540 / (90 ° F + 460)] = 243,7 SCFM

Перевести в фунты / час, снова обращаясь к таблице 2 для плотности и удельной теплоемкости.

243,7 SFCM	х	60 мин	х	0,073 фунта	=	1067,4 фунтов / час
		1 час		фут³

Теперь вычислите KW:

кВт	=	1067.4 фунта / час x (250-90) ° F x 0,24 БТЕ / фунт ° F x 1,2
		3412
кВт	=	14,4

Если вам понравился этот пост, рассмотрите возможность оставить комментарий или подписаться на канал RSS , чтобы в будущем статьи доставлялись вашему читателю каналов.

Расчет необходимой мощности для комнаты

Энергия 29 июн 2020

Было бы полезно знать волшебную формулу, которая даст нам количество тепла, необходимое для обогрева отдельной комнаты или всего дома.К счастью, есть несколько формул, позволяющих приблизиться к фактическому результату, но они допускают погрешность. Почему предел погрешности? Это связано с тем, что не все дома одинаковы.

Чтобы рассчитать необходимое отопление, мы должны учитывать размер и объем дома, ориентацию, размер и количество окон, тип изоляции стен и крыши и т. Д.

ДВЕ ПОЛЕЗНЫЕ ФОРМУЛЫ

Обычно мощность, необходимая для электрического обогрева, рассчитывается в ваттах.

Мощность: умножьте площадь в футах на 10. Для комнаты 20 футов на 20 футов мы получим 400 квадратных футов, умноженных на 10, чтобы получить 4000 ватт. Количество ватт = площадь x 10.

Этот результат действителен для домов, в которых есть комнаты с высотой потолков 8 футов. В случае современных домов с потолками выше 8 футов, практическое правило расчета составляет 1,25 Вт на кубический фут. Принимая во внимание предыдущий пример, высота потолка 9 футов составит 400 кв.футов x 9 x 1,25 = 4500 Вт. Количество ватт = площадь x высота x 1,25.

Если вы подозреваете, что стены или потолок имеют дефекты теплоизоляции, можете добавить несколько процентных пунктов к расчету. То же самое можно сказать и о стенах с большими окнами. После выполнения расчетов для существующего дома нам может потребоваться добавить дополнительные обогреватели, такие как конвекторы или приточно-вытяжные устройства.

И наоборот, если комната имеет окна и хорошо ориентирована на солнце, мы можем придерживаться обычного расчета.

Наилучшая оценка потребностей дома в отоплении будет сделана путем сложения результатов для каждой комнаты.

В Северной Америке до сих пор можно найти БТЕ / час, который используется как мера мощности при обогреве. Формула для преобразования БТЕ в кВт следующая: P (кВт) = P (БТЕ / ч) / 3412,14.

Если мы полагаемся исключительно на электрические плинтусы в качестве источника тепла, их обычно устанавливают у основания окон, чтобы обеспечить наилучшее распределение тепла. В этом случае не стесняйтесь разделить общую требуемую мощность на количество окон в каждой комнате.

Для получения дополнительной информации о типе отопительного оборудования для конкретной комнаты или всего дома посетите следующую страницу.

Сколько энергии потребляет ваш обогреватель?

---

Николас Браун.

Эксплуатационные расходы нагревателя определяются рядом сложных факторов, особенно из-за очень нестабильных температур, которые наблюдаются во многих регионах зимой. На этой странице представлены данные о потребляемой мощности электронагревателя, сгруппированные по размеру нагревателя, мощности нагревателя, эксплуатационным расходам нагревателя с разбивкой по мощности, немного о других типах нагревателей, а также скоро будут представлены данные о совокупном потреблении энергии нагревателя, организованные по регионам.Эта статья посвящена обогревателям. Денежные значения, приведенные в этой статье, представляют собой затраты на электроэнергию, если не указано иное.

Среднее потребление энергии нагревателем

Если вы ищете данные о среднем потреблении энергии обогревателем для исследовательских целей (а не для финансового планирования), то в умеренном (мягком) климате в среднем домохозяйство использует от 5000 до 30 000 кВтч энергии в год для отопления. Это равняется средней стоимости отопления от 1000 до 6000 долларов в год при тарифе на электроэнергию 0 долларов.20 / кВтч (без учета налогов и других сборов, которые могут применяться в вашем регионе). Несколько примеров умеренного климата — Англия, Исландия и Германия. При некоторых обстоятельствах современное здание может потреблять на отопление вдвое меньше энергии, чем старое негерметичное здание из-за более энергоэффективных конструкций.

Среднее потребление энергии обогревателем на дом, с разбивкой по странам

Что означает номинальная мощность нагревателя

Обогреватели обычно снабжены этикеткой, на которой указаны электрические параметры, включая уровень потребляемой мощности (включая мощность нагревателя, которая измеряется в ваттах).Однако суммарное потребление энергии обогревателями — это то, что вам нужно. Совокупная потребляемая мощность обогревателя равна мощности обогревателя, умноженной на количество часов, которые он используется в месяц, если он работает с максимальной настройкой. Это означает, что ежедневное энергопотребление ( X ) тепловентилятора для спальни мощностью 1500 Вт будет X = 1500 * 12, если он используется в течение 12 часов в день при максимальной настройке.

NB: Нагреватели отключают свои нагревательные элементы во время использования, когда они достигают желаемой температуры.Этот расчет является лишь ориентировочным. Следовательно, X будет равно 18000 Втч. Разделите X на 1000, чтобы преобразовать его в кВтч, что является более удобной единицей, и вы получите 18 кВтч в день. Стоимость эксплуатации электрического обогревателя определяется путем умножения этой цифры в кВтч на ваш тариф на электроэнергию (убедитесь, что вы учли все налоги и отдельные расходы на топливо, если таковые имеются). Х = Х / 1000. X теперь равно 18 кВтч.

По среднему национальному тарифу на электроэнергию в США в размере 0 долларов США.До содержания

Общие сведения о мощности нагревателя

Электрические обогреватели имеют два номинала мощности. Один — это потребляемая мощность, а другой — тепловая мощность. Рекламируемая мощность нагревателя обычно является их выходной мощностью, а не потребляемой мощностью. Чтобы определить мощность обогревателя с точки зрения потребляемой мощности, проверьте электрические параметры на этикетке на задней или нижней стороне обогревателя. На этикетке могут быть указаны напряжение и сила тока или номинальная мощность в ваттах.

Если первое, то мощность нагревателя можно рассчитать по следующей формуле: Вт = Вольт * Ампер * Коэффициент мощности .Коэффициент мощности должен быть 1 , но это не обязательно. Эффективность нагревателя равна мощности нагревателя / мощности нагревателя * 100. Результат выражается в процентах. Это процент потребляемой мощности, которая преобразуется в тепло. Итак, в случае нагревателя на 115 В, 10 А (на этикетке может быть написано 115 В переменного тока, 10 А), это будет: 115 * 10 * 1 = 1150 Вт . Информация ниже является приблизительной. Используйте его на свой страх и риск.

Самые эффективные обогреватели

1. Тепловые насосы: Тепловые насосы могут обеспечить 3 единицы тепла на единицу потребляемой электроэнергии.
2. Радиаторы: Радиаторы могут обеспечивать до 1 единицы тепла на единицу потребляемой электроэнергии.
3. Тепловентиляторы: Тепловентиляторы могут обеспечивать чуть менее 1 единицы тепла на единицу потребляемой электроэнергии из-за энергопотребления их вентиляторов.

Обогреватели, работающие на природном газе, тоже неплохие, но вот проблема с большинством обогревателей: они преобразуют почти 100% потребляемой электроэнергии в тепло (за исключением тепловых насосов, которые могут обеспечить до 3000 Вт тепла на каждый 1000 Вт потребляемой электроэнергии).Несмотря на это, энергопотребление обогревателей по-прежнему очень велико. Это означает, что для снижения счета за электроэнергию вам понадобится гораздо больше, чем просто эффективный обогреватель. Вам понадобится прочный план, много силиконового герметика и отличная изоляция. Многие домовладельцы доказали, что вы можете значительно снизить расходы на отопление, используя герметизацию и изоляцию. Изоляция задерживает тепло в вашем доме. Это также помогает предотвратить попадание тепла, когда летом на ваши стены падают солнечные лучи.

КПД печей — конденсационные печи по сравнению с неконденсирующими печами

В печах с неконденсирующимся газом используется один теплообменник (называемый первичным теплообменником), через который проходят горячие выхлопные газы (от сгорания) для его нагрева. Воздуходувка циркулирует воздух в вашем доме над уже нагретым теплообменником, чтобы нагреть его. Конденсационная печь содержит не только первичный теплообменник, но и вторичный. Вторичный теплообменник поглощает тепло, оставшееся в выхлопных газах после их выхода из первичного теплообменника.До содержания

Как снизить расход топочного газа

Вы можете снизить потребление природного газа вашей печью (или масляным обогревателем) с помощью следующих приемов: Изоляция: Изоляция — это материал, препятствующий передаче тепла. Хорошо изолированный дом требует на гораздо меньше энергии для поддержания температуры вашего термостата, потому что он задерживает тепло, выделяемое вашим обогревателем, в течение более длительного времени. И наоборот, плохо изолированный (или неизолированный) дом пропускает тепло через стены.

Это означает, что ваша система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха должна будет вырабатывать больше тепла, чтобы компенсировать эту потерю, что приведет к более высокому расходу мазута (или, в равной степени, увеличению расхода природного газа в случае печей, работающих на газе). Герметизация / герметизация утечек воздуха: Из-за воздействия силы градиента давления и конвекции тепло может выходить через трещины и другие отверстия в окнах и дверях. Установка более низкой температуры термостата: Температура термостата оказывает значительное влияние на расход топлива в печи, поэтому старайтесь не устанавливать температуру выше, чем необходимо.Если вы найдете более удобную и теплую одежду, вы можете обойтись более низкой температурой термостата.

Тепловые насосы против тепловентиляторов

В тепловых насосах используется технология сжатия пара, которую кондиционеры используют для сбора тепла из наружного воздуха и использования его для обогрева вашего дома. Тепловой насос — это кондиционер, который работает в обратном направлении (в контексте отопления помещений), передавая наружное тепло внутрь, а не перекачивая внутреннее тепло наружу. Тепловые насосы поднимают планку энергоэффективности до уровня, недостижимого для других обогревателей, потому что другие обогреватели способны только преобразовывать свои источники энергии в тепло, в то время как тепловые насосы могут использовать существующее тепло.

Например: Тепловентилятор, потребляющий 1500 Вт, не может обеспечить более 1500 Вт тепла (5 118 БТЕ). Чтобы упростить увязку тепловой мощности тепловентилятора с мощностью теплового насоса, 1 Вт тепла равен 3,412 БТЕ. Мощность нагревателя напрямую связана с БТЕ, поскольку Ватт и БТЕ — взаимозаменяемые единицы. Однако тепловой насос, потребляющий 1500 Вт (в зависимости от модели), может обеспечить 15000 БТЕ (в зависимости от модели). Если вы поддерживаете неудобно низкую температуру термостата из-за высоких затрат на электроэнергию, тогда вам может быть полезен тепловой насос, учитывая следующее.

Стоимость тепловых насосов

Тепловые насосы содержат один или несколько компрессоров, часто два вентилятора, два теплообменника, которые необходимо регулярно чистить, некоторые могут содержать нагреватели картера компрессора, фильтры и другие детали, которые необходимо обслуживать или заменять. В сочетании с высокой начальной стоимостью тепловых насосов (например: 1000 долларов за тепловой насос на 2,6 кВт против 100-200 долларов за тепловентилятор мощностью 3 кВт) стоимость владения тепловым насосом не совсем низкая. Тепловой насос может не работать в некоторых (очень холодных) климатах, поэтому может потребоваться резервный нагреватель.

Многие тепловые насосы поставляются с дополнительными нагревательными элементами на случай, если вы попадете в такую ​​ситуацию. Имейте в виду, что дополнительные нагревательные элементы потребляют столько же энергии, сколько и упомянутые выше дешевые тепловентиляторы. Процент времени, в течение которого температура в вашем климате опускается ниже минимальной рабочей температуры данного теплового насоса, поможет вам выбрать наиболее финансово жизнеспособный вариант. Стоимость эксплуатации теплового насоса зависит от климата, в котором он находится, но в большинстве случаев составляет 1/3 стоимости обычного электрического нагревателя.До содержания

Сравнение характеристик тепловентилятора и теплового насоса

• 1000 Вт: 3412 БТЕ.
• 1500 Вт: 5118 БТЕ.
• 3000 Вт: 10 238 БТЕ.

Преобразование BTU в ватты (теплопроизводительность)

9000 БТЕ = 2637 Вт (2,6 кВт).

12000 БТЕ = 3500 Вт (3,5 кВт).

18000 БТЕ = 5215 Вт (5,2 кВт).

20 000 БТЕ = 5 861 Вт (5,8 кВт).

24 000 БТЕ = 7 033 Вт (7 кВт).

28000 БТЕ = 8206 Вт (8,2 кВт).

30 000 БТЕ = 8 792 Вт (8,8 кВт).

36000 БТЕ = 10,550 Вт (10,5 кВт).

40000 БТЕ = 11723 Вт (11,7 кВт).

48000 БТЕ = 14 067 Вт (14 кВт).

Кондиционеры с обратным циклом против электрического нагрева

Одним из важных фактов является разница между кондиционерами с обратным циклом (с возможностью теплового насоса) и кондиционерами, которые содержат только электрический нагревательный элемент.Многие устройства имеют такие ярлыки, как «с электрическим обогревом», или продавцы могут сказать, что они «нагревают / охлаждают». Некоторые из этих агрегатов не имеют реверсивного цикла и поэтому потребляют в три раза больше электроэнергии, чем агрегаты / тепловые насосы с реверсивным циклом. Всегда ищите «тепловой насос» или «обратный цикл» при покупке кондиционера, который обеспечивает тепло, если только вам редко требуется отопление или вы живете в климате, в котором устройство не может работать.

У тепловых насосов есть ограничения по температуре. Вам также следует приобрести тепловой насос с дополнительным нагревателем / дополнительным источником тепла, так как они могут поддерживать вас в периоды необычно холодной погоды.Прежде чем продолжить, обратите внимание, что когда я говорю, что агрегат «включен» ниже, я имею в виду компрессор. Не на то, как долго вы оставляете обогреватель включенным. Нагреватели включают и выключают свои компрессоры или нагревательные элементы в зависимости от температуры, чтобы гарантировать, что они поддерживают температуру термостата, установленную вами.

Энергопотребление нагревателей типоразмера

VRF: переменный поток хладагента.
Инвертор: компрессор с регулируемым потоком хладагента / переменной скоростью.
Тепловой насос: Кондиционер с обратным циклом.

Энергопотребление нагревателей 9000 БТЕ (тепловые насосы)

Мощность одного из рассмотренных нагревателей на 9000 БТЕ составляла 720 Вт (0,72 кВт). Он обеспечивает 3,6 единицы тепла на каждую единицу потребляемой электроэнергии. Потребляемая мощность двух проанализированных нагревателей образцов варьировалась от 720 до 890 Вт. Устройство мощностью 720 Вт обеспечивает 3,6 единицы тепла на единицу потребляемой электроэнергии, а устройство мощностью 890 Вт (0,89 кВт) обеспечивает 2,9. Стоимость энергии устройства мощностью 720 Вт: 0,0864 доллара в час.До содержания

Энергопотребление нагревателей 12000 БТЕ (тепловые насосы)

Энергопотребление просматриваемых нагревателей на 12 000 БТЕ составляет от 0,76 кВт (Panasonic 12 600 БТЕ CS / CU-Z12RKR) до 1,17 кВт (12 000 БТЕ Senville SENL-12CD). И Panasonic, и Senville были инверторными. Panasonic обеспечивает 4,85 единиц тепла на единицу потребляемой электроэнергии, а установка Senville — 3. Таким образом, стоимость эксплуатации этого теплового насоса мощностью 12 000 БТЕ в этих условиях составляет: Средняя стоимость энергии по стране составляет 0 долларов.Предполагается, что 12 долларов США / кВтч, ставки зависят от местоположения. Стоимость энергии блока 1,17 кВт за час использования: 0,1404 доллара США. Стоимость энергии блока 1,17 кВт в месяц при использовании 12 часов в день:

$ 50,54

Вы можете умножить это на 3, чтобы оценить, сколько будет стоить использование обычного тепловентилятора или радиатора, и ваш результат будет: 151 доллар.

Энергопотребление нагревателей 24000 БТЕ (тепловые насосы)

Энергопотребление просматриваемых нагревателей на 24 000 БТЕ составляет от 2 000 до 2 500 Вт.Модель мощностью 2000 Вт не была блоком с инвертором / регулируемым потоком хладагента и обеспечивала 3,5 единицы тепла на единицу потребляемой электроэнергии (более удобный способ взглянуть на нее — это 3500 Вт тепла на каждые 1000 Вт потребляемой мощности). Модель мощностью 2500 Вт была инвертора / VRF и обеспечивала 2,81 единицы тепла на каждую единицу потребляемой электроэнергии.

Это не означает, что инверторные кондиционеры потребляют больше энергии. Эта модель Рамсонда оказывается более эффективной. Устройство мощностью 2000 Вт: Ramsond 74GW3.До содержания

НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Введение

Когда ток течет по проводнику, в проводнике генерируется тепловая энергия. Нагревательный эффект электрического тока зависит от трех факторов:

• Сопротивление R проводника. Чем выше сопротивление, тем больше тепла.
• Время t, в течение которого течет ток. Чем больше время, тем больше выделяется тепла
• Величина тока, I.чем выше сила тока, тем больше выделяется тепла.

Следовательно, эффект нагрева, создаваемый электрическим током I через проводник сопротивления R в течение некоторого времени, t определяется как H = I ² Rt. Это уравнение называется уравнением Джоуля электрического нагрева.

Электроэнергия и мощность

Работа, выполняемая при проталкивании заряда по электрической цепи, определяется выражением w.d = VIt

.

Так что мощность, P = w.d / t = VI

Электроэнергия, потребляемая электроприбором, определяется как P = VI = I ² R = V ² / R

Пример

1. Электрическая лампочка имеет маркировку 100 Вт, 240 В.Вычислить:

а) Ток через нить накала при нормальной работе лампочки
б) Сопротивление нити накала лампы.

Решение

1. I = P / V = ​​100/240 = 0,4167A
2. R = P / I ² = 100 / 0,4167 ² = 576,04 Ом или R = V ² / P = 240 ² /100 = 576 Ом

1. Найдите энергию, рассеиваемую за 5 минут электрической лампочкой с нитью накала 500 Ом, подключенной к источнику питания 240 В.{ ANS. 34,560J }

Решение

E = Pt = V2 / R * t = (240 ² * 5 * 60) / 500 = 34,560 Дж

1. Для нагрева воды используется погружной нагреватель мощностью 2,5 кВт. Вычислить:

1. Рабочее напряжение нагревателя при его сопротивлении 24 Ом
2. Электрическая энергия, преобразованная в тепловую за 2 часа.

{ ANS. 244,9488 В, 1,8 * 10 ⁷ Дж }

Решение

1. P = VI = I ² R

I = (2500/24) ^1/2 = 10.2062A

В = ИК = 10,2062 * 24 = 244,9488 В

1. E = VIt = Pt = 2500 * 2 * 60 * 60 = 1,8 * 10 ⁷ J

ИЛИ E = VIt = 244,9488 * 10,2062 * 2 * 60 * 60 = 1,8 * 10 ⁷ Дж

Электрическая лампочка имеет маркировку 100W, 240V. Вычислить:
Ток через нить накала
Сопротивление нити накала лампы.

Решение

P = VI I = P / V = ​​100/240 = 0,4167A
Согласно закону Ома, V = IR R = V / I = 240 / 0,4167 = 575,95 Ом

Применение нагревающего эффекта электрического тока

Таким образом, большинство бытовых электроприборов преобразуют электрическую энергию в тепло.К ним относятся лампы накаливания, электрический нагреватель, электрический утюг, электрический чайник и т. Д.

В осветительных приборах

1. Лампы накаливания — изготовлены из вольфрамовой проволоки, заключенной в стеклянную колбу, из которой удален воздух. Это потому, что воздух окисляет нить. Нить нагревается до высокой температуры и становится раскаленной добела. Вольфрам используется из-за его высокой температуры плавления; 3400 ⁰ Колба заполнена неактивным газом, например. аргон или азот при низком давлении, что снижает испарение вольфрамовой проволоки.Однако одним из недостатков инертного газа является то, что он вызывает конвекционные токи, которые охлаждают нить накала. Эта проблема сводится к минимуму за счет наматывания проволоки таким образом, чтобы она занимала меньшую площадь, что снижает потери тепла за счет конвекции.
2. Люминесцентные лампы — эти лампы более эффективны по сравнению с лампами накаливания и служат намного дольше. У них есть пары ртути в стеклянной трубке, которая при включении испускает ультрафиолетовое излучение. Это излучение заставляет порошок в трубке светиться (флуоресцировать) i.е. излучает видимый свет. Из разных порошков получаются разные цвета. Обратите внимание, что люминесцентные лампы дороги в установке, но их эксплуатационные расходы намного меньше.

В электрическом обогреве

1. Электрические плиты — электрические плиты раскалены докрасна, и произведенная тепловая энергия поглощается кастрюлей за счет теплопроводности.
2. Электрические обогреватели — лучистые обогреватели становятся красными при температуре около 900 ⁰ ° C, а испускаемое излучение направляется в комнату с помощью полированных отражателей.
3. Электрические чайники — нагревательный элемент размещается внизу чайника так, чтобы нагреваемая жидкость покрывала его. Затем тепло поглощается водой и распределяется по всей жидкости за счет конвекции.
4. Электрические утюги — когда через нагревательный элемент протекает ток, выделяемая тепловая энергия передается на основание из тяжелого металла, повышая его температуру. Затем эта энергия используется для прессования одежды. Температуру утюга можно контролировать с помощью термостата (биметаллической планки).

Электроэнергия и энергия | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Рассчитайте мощность, рассеиваемую резистором, и мощность, подаваемую источником питания.
• Рассчитайте стоимость электроэнергии при различных обстоятельствах.

Мощность в электрических цепях

Власть ассоциируется у многих с электричеством. Зная, что мощность — это коэффициент использования или преобразования энергии, каково выражение для электроэнергии ? На ум могут прийти линии электропередач.Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним лампочку на 25 Вт с лампой на 60 Вт. (См. Рис. 1 (а).) Поскольку оба работают от одного и того же напряжения, лампа мощностью 60 Вт должна потреблять больше тока, чтобы иметь большую номинальную мощность. Таким образом, сопротивление лампы на 60 Вт должно быть ниже, чем у лампы на 25 Вт. Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность. Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от 120 В, подключена к 240 В, она на короткое время очень ярко светится, а затем перегорает.Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?

Рис. 1. (a) Какая из этих лампочек, лампа мощностью 25 Вт (вверху слева) или лампа мощностью 60 Вт (вверху справа), имеет более высокое сопротивление? Что потребляет больше тока? Что потребляет больше всего энергии? Можно ли по цвету сказать, что нить накаливания мощностью 25 Вт круче? Является ли более яркая лампочка другого цвета, и если да, то почему? (кредиты: Дикбаух, Wikimedia Commons; Грег Вестфолл, Flickr) (б) Этот компактный люминесцентный светильник (КЛЛ) излучает такую ​​же интенсивность света, как и лампа мощностью 60 Вт, но с входной мощностью от 1/4 до 1/10.(кредит: dbgg1979, Flickr)

Электрическая энергия зависит как от напряжения, так и от перемещаемого заряда. Проще всего это выражается как PE = qV , где q — это перемещенный заряд, а V, — напряжение (или, точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд). Мощность — это скорость перемещения энергии, поэтому электрическая мощность равна

.

[латекс] P = \ frac {PE} {t} = \ frac {qV} {t} \\ [/ latex].

Учитывая, что ток равен I = q / t (обратите внимание, что Δ t = t здесь), выражение для мощности принимает вид

P = IV

Электрическая мощность ( P ) — это просто произведение тока на напряжение.Мощность имеет знакомые единицы ватт. Поскольку единицей СИ для потенциальной энергии (PE) является джоуль, мощность выражается в джоулях в секунду или ваттах. Таким образом, 1 A ⋅V = 1 Вт. Например, в автомобилях часто есть одна или несколько дополнительных розеток, с помощью которых можно заряжать сотовый телефон или другие электронные устройства. {2} R \\ [/ latex].

Обратите внимание, что первое уравнение всегда верно, тогда как два других можно использовать только для резисторов. В простой схеме с одним источником напряжения и одним резистором мощность, подаваемая источником напряжения, и мощность, рассеиваемая резистором, идентичны. (В более сложных схемах P может быть мощностью, рассеиваемой одним устройством, а не полной мощностью в цепи.) Из трех различных выражений для электрической мощности можно получить различное понимание. Например, P = V ² / R подразумевает, что чем меньше сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше передаваемая мощность.Кроме того, поскольку напряжение возведено в квадрат в P = V ² / R , эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение увеличивается вдвое до лампочки мощностью 25 Вт, ее мощность увеличивается почти в четыре раза и составляет примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.

Пример 1. Расчет рассеиваемой мощности и тока: горячая и холодная энергия

(а) Рассмотрим примеры, приведенные в Законе Ома: сопротивление и простые цепи и сопротивление и удельное сопротивление.Затем найдите мощность, рассеиваемую автомобильной фарой в этих примерах, как в горячую, так и в холодную погоду. б) Какой ток он потребляет в холодном состоянии?

Стратегия для (а)

Для горячей фары нам известны напряжение и ток, поэтому мы можем использовать P = IV , чтобы найти мощность. Для холодной фары нам известны напряжение и сопротивление, поэтому мы можем использовать P = V ² / R , чтобы найти мощность.

Решение для (a)

Вводя известные значения тока и напряжения для горячей фары, получаем

P = IV = (2.{2}} {0,350 \ text {} \ Omega} = 411 \ text {W} \\ [/ latex].

Обсуждение для (а)

30 Вт, рассеиваемые горячей фарой, являются типичными. Но 411 Вт в холодную погоду на удивление выше. Начальная мощность быстро уменьшается по мере увеличения температуры лампы и увеличения ее сопротивления.

Стратегия и решение для (b)

Ток при холодной лампочке можно найти несколькими способами. Переставляем одно из уравнений мощности, P = I ² R , и вводим известные значения, получая

[латекс] I = \ sqrt {\ frac {P} {R}} = \ sqrt {\ frac {411 \ text {W}} {{0.350} \ text {} \ Omega}} = 34,3 \ text {A} \\ [/ latex].

Обсуждение для (б)

Холодный ток значительно выше, чем установившееся значение 2,50 А, но ток будет быстро снижаться до этого значения по мере увеличения температуры лампы. Большинство предохранителей и автоматических выключателей (используемых для ограничения тока в цепи) спроектированы так, чтобы выдерживать очень высокие токи на короткое время при включении устройства. В некоторых случаях, например, с электродвигателями, ток остается высоким в течение нескольких секунд, что требует использования специальных плавких предохранителей с замедленным срабатыванием.

Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электроэнергию. Этот знакомый факт основан на соотношении энергии и мощности. Вы платите за использованную энергию. Поскольку P = E / t , мы видим, что

E = Pt

— это энергия, используемая устройством, использующим мощность P в течение интервала времени t . Например, чем больше горит лампочек, тем больше используется P ; чем дольше они включены, тем больше т .Единицей измерения энергии в счетах за электричество является киловатт-час (кВт ч), что соответствует соотношению E = Pt . Стоимость эксплуатации электроприборов легко оценить, если у вас есть некоторое представление об их потребляемой мощности в ваттах или киловаттах, времени их работы в часах и стоимости киловатт-часа для вашей электросети. Киловатт-часы, как и все другие специализированные единицы энергии, такие как пищевые калории, можно преобразовать в джоули. Вы можете доказать себе, что 1 кВт ⋅ ч = 3.6 × 10 ⁶ Дж.

Потребляемую электрическую энергию ( E ) можно уменьшить либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снизит стоимость, но и снизит воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения — один из самых быстрых способов снизить потребление электроэнергии в доме или на работе. Около 20% энергии в доме расходуется на освещение, в то время как в коммерческих учреждениях эта цифра приближается к 40%.Флуоресцентные лампы примерно в четыре раза эффективнее ламп накаливания — это верно как для длинных ламп, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. Рис. 1 (b).) Таким образом, лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить на КЛЛ мощностью 15 Вт, которая имеет такую ​​же яркость и цвет. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они подключены к стандартному привинчиваемому основанию, которое подходит для стандартных розеток лампы накаливания. (В последние годы были решены исходные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными инвестициями для КЛЛ.) Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат до 10 раз дольше. В следующем примере рассматривается важность инвестиций в такие лампы. Новые белые светодиодные фонари (которые представляют собой группы небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза больше, чем у КЛЛ) и служат в 5 раз дольше, чем КЛЛ. Однако их стоимость по-прежнему высока.

Подключение: энергия, мощность и время

Отношение E = Pt может оказаться полезным во многих различных контекстах.Энергия, которую ваше тело использует во время упражнений, зависит, например, от уровня мощности и продолжительности вашей активности. Степень нагрева от источника питания зависит от уровня мощности и времени ее применения. Даже доза облучения рентгеновского изображения зависит от мощности и времени воздействия.

Пример 2. Расчет рентабельности компактных люминесцентных ламп (КЛЛ)

Если стоимость электроэнергии в вашем районе составляет 12 центов за кВтч, какова общая стоимость (капитальные плюс эксплуатация) использования лампы накаливания мощностью 60 Вт в течение 1000 часов (срок службы этой лампы), если стоимость лампы составляет 25 центов? (б) Если мы заменим эту лампочку компактной люминесцентной лампой, которая дает такой же световой поток, но составляет четверть мощности и стоит 1 доллар.50, но длится в 10 раз дольше (10 000 часов), какова будет общая стоимость?

Стратегия

Чтобы найти эксплуатационные расходы, мы сначала находим используемую энергию в киловатт-часах, а затем умножаем ее на стоимость киловатт-часа.

Решение для (a)

Энергия, используемая в киловатт-часах, определяется путем ввода мощности и времени в выражение для энергии:

E = Pt = (60 Вт) (1000 ч) = 60,000 Вт ч

В киловатт-часах это

E = 60.0 кВт ⋅ ч.

Сейчас стоимость электроэнергии

стоимость = (60,0 кВт ч) (0,12 долл. США / кВт час) = 7,20 долл. США.

Общая стоимость составит 7,20 доллара за 1000 часов (около полугода при 5 часах в день).

Решение для (b)

Поскольку CFL использует только 15 Вт, а не 60 Вт, стоимость электроэнергии составит 7,20 доллара США / 4 = 1,80 доллара США. КЛЛ прослужит в 10 раз дольше, чем лампа накаливания, так что инвестиционные затраты составят 1/10 стоимости лампы за этот период использования, или 0.1 (1,50 доллара США) = 0,15 доллара США. Таким образом, общая стоимость 1000 часов составит 1,95 доллара США.

Обсуждение

Следовательно, использование КЛЛ намного дешевле, даже если начальные вложения выше. Повышенная стоимость рабочей силы, которую бизнес должен включать в себя для более частой замены ламп накаливания, здесь не учитывается.

Подключение: Эксперимент на вынос — Инвентаризация использования электроэнергии

1) Составьте список номинальной мощности для ряда приборов в вашем доме или комнате.Объясните, почему что-то вроде тостера имеет более высокий рейтинг, чем цифровые часы. Оцените энергию, потребляемую этими приборами в среднем за день (оценивая время их использования). Некоторые приборы могут указывать только рабочий ток. Если бытовое напряжение 120 В, используйте P = IV . 2) Проверьте общую мощность, используемую в туалетах на этаже или в здании вашей школы. (Возможно, вам придется предположить, что используемые длинные люминесцентные лампы рассчитаны на 32 Вт.) Предположим, что здание было закрыто все выходные, и что эти огни были оставлены включенными с 6 часов вечера.{2} R \\ [/ латекс].

• Энергия, используемая устройством с мощностью P за время t , составляет E = Pt .

Концептуальные вопросы

1. Почему лампы накаливания тускнеют в конце своей жизни, особенно незадолго до того, как их нити оборвутся?

Мощность, рассеиваемая на резисторе, равна P = V ² / R , что означает, что мощность уменьшается при увеличении сопротивления. Тем не менее, эта мощность также определяется соотношением P = I ² R , что означает, что мощность увеличивается при увеличении сопротивления.Объясните, почему здесь нет противоречия.

Задачи и упражнения

1. Какова мощность разряда молнии 1,00 × 10 ² МВ при токе 2,00 × 10 ⁴ A ?

2. Какая мощность подается на стартер большого грузовика, который потребляет 250 А тока от аккумуляторной батареи 24,0 В?

3. Заряд в 4,00 Кл проходит через солнечные элементы карманного калькулятора за 4,00 часа. Какова выходная мощность, если выходное напряжение вычислителя равно 3.00 В? (См. Рисунок 2.)

Рис. 2. Полоса солнечных элементов прямо над клавишами этого калькулятора преобразует свет в электричество для удовлетворения своих потребностей в энергии. (Источник: Эван-Амос, Wikimedia Commons)

4. Сколько ватт проходит через него фонарик с 6,00 × 10 ² за 0,500 ч использования, если его напряжение составляет 3,00 В?

5. Найдите мощность, рассеиваемую в каждом из этих удлинителей: (a) удлинительный шнур с сопротивлением 0,0600 Ом, через который 5.00 А течет; (б) более дешевый шнур с более тонким проводом и сопротивлением 0,300 Ом.

6. Убедитесь, что единицами измерения вольт-ампер являются ватты, как следует из уравнения P = IV .

7. Покажите, что единицы 1V ² / Ω = 1W, как следует из уравнения P = V ² / R .

8. Покажите, что единицы 1 A ² Ω = 1 Вт, как следует из уравнения P = I ² R .

9. Проверьте эквивалент единиц энергии: 1 кВт ч = 3,60 × 10 ⁶ Дж.

10. Электроны в рентгеновской трубке ускоряются до 1,00 × 10 ² кВ и направляются к цели для получения рентгеновских лучей. Вычислите мощность электронного луча в этой трубке, если она имеет ток 15,0 мА.

11. Электрический водонагреватель потребляет 5,00 кВт за 2,00 часа в сутки. Какова стоимость его эксплуатации в течение одного года, если электроэнергия стоит 12,0 центов / кВт · ч? См. Рисунок 3.

Рисунок 3. Водонагреватель электрический по запросу. Тепло в воду подается только при необходимости. (кредит: aviddavid, Flickr)

12. Сколько электроэнергии необходимо для тостера с тостером мощностью 1200 Вт (время приготовления = 1 минута)? Сколько это стоит при 9,0 цента / кВт · ч?

13. Какова будет максимальная стоимость КЛЛ, при которой общая стоимость (капиталовложения плюс эксплуатация) будет одинаковой как для КЛЛ, так и для ламп накаливания мощностью 60 Вт? Предположим, что стоимость лампы накаливания составляет 25 центов, а электричество стоит 10 центов / кВтч.Рассчитайте стоимость 1000 часов, как в примере с КЛЛ по рентабельности.

14. Некоторые модели старых автомобилей имеют электрическую систему 6,00 В. а) Каково сопротивление горячему свету у фары мощностью 30,0 Вт в такой машине? б) Какой ток течет через него?

15. Щелочные батареи имеют то преимущество, что они выдают постоянное напряжение почти до конца своего срока службы. Как долго щелочная батарея с номиналом 1,00 А · ч и 1,58 В будет поддерживать горение лампы фонарика мощностью 1,00 Вт?

16.Прижигатель, используемый для остановки кровотечения в хирургии, выдает 2,00 мА при 15,0 кВ. а) Какова его выходная мощность? б) Какое сопротивление пути?

17. В среднем телевизор работает 6 часов в день. Оцените ежегодные затраты на электроэнергию для работы 100 миллионов телевизоров, предполагая, что их потребляемая мощность составляет в среднем 150 Вт, а стоимость электроэнергии составляет в среднем 12,0 центов / кВт · ч.

18. Старая лампочка потребляет всего 50,0 Вт, а не 60,0 Вт из-за истончения ее нити за счет испарения.Во сколько раз уменьшается его диаметр при условии равномерного утонения по длине? Не обращайте внимания на эффекты, вызванные перепадами температур.

Медная проволока калибра 19. 00 имеет диаметр 9,266 мм. Вычислите потери мощности в километре такого провода, когда он пропускает 1,00 × 10 ² A.

Холодные испарители пропускают ток через воду, испаряя ее при небольшом повышении температуры. Одно такое домашнее устройство рассчитано на 3,50 А и использует 120 В переменного тока с эффективностью 95,0%.а) Какова скорость испарения в граммах в минуту? (b) Сколько воды нужно налить в испаритель за 8 часов работы в ночное время? (См. Рисунок 4.)

Рис. 4. Этот холодный испаритель пропускает ток непосредственно через воду, испаряя ее напрямую с относительно небольшим повышением температуры.

21. Integrated Concepts (a) Какая энергия рассеивается разрядом молнии с током 20 000 А, напряжением 1,00 × 10 ² МВ и длиной 1.00 мс? (б) Какую массу древесного сока можно было бы поднять с 18ºC до точки кипения, а затем испарить за счет этой энергии, если предположить, что сок имеет те же тепловые характеристики, что и вода?

22. Integrated Concepts Какой ток должен вырабатывать подогреватель бутылочек на 12,0 В, чтобы нагреть 75,0 г стекла, 250 г детской смеси и 3,00 × 10 ² алюминия от 20 ° C до 90º за 5,00 мин?

23. Integrated Concepts Сколько времени требуется хирургическому прижигателю, чтобы поднять температуру на 1.00 г ткани от 37º до 100, а затем закипятите 0,500 г воды, если она выдает 2,00 мА при 15,0 кВ? Не обращайте внимания на передачу тепла в окружающую среду.

24. Integrated Concepts Гидроэлектрические генераторы (см. Рисунок 5) на плотине Гувера вырабатывают максимальный ток 8,00 × 10 ³ А при 250 кВ. а) Какая выходная мощность? (b) Вода, питающая генераторы, входит и покидает систему с небольшой скоростью (таким образом, ее кинетическая энергия не изменяется), но теряет 160 м в высоте.Сколько кубических метров в секунду необходимо при КПД 85,0%?

Рис. 5. Гидроэлектрические генераторы на плотине Гувера. (кредит: Джон Салливан)

25. Integrated Concepts (a) Исходя из 95,0% эффективности преобразования электроэнергии двигателем, какой ток должны обеспечивать 12,0-вольтовые аккумуляторы 750-килограммового электромобиля: отдых до 25,0 м / с за 1,00 мин? (b) Подняться на холм высотой 2,00 × 10 ² м за 2,00 мин при постоянной 25.Скорость 0 м / с при приложении силы 5,00 × 10 ² Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? (c) Двигаться с постоянной скоростью 25,0 м / с, прилагая силу 5,00 × 10 ² Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? См. Рисунок 6.

Рис. 6. Электромобиль REVAi заряжается на одной из улиц Лондона. (кредит: Фрэнк Хебберт)

26. Integrated Concepts Пригородный легкорельсовый поезд потребляет 630 А постоянного тока напряжением 650 В при ускорении.а) Какова его мощность в киловаттах? (b) Сколько времени нужно, чтобы достичь скорости 20,0 м / с, начиная с состояния покоя, если его загруженная масса составляет 5,30 × 10 ⁴ кг, предполагая эффективность 95,0% и постоянную мощность? (c) Найдите его среднее ускорение. (г) Обсудите, как ускорение, которое вы обнаружили для легкорельсового поезда, сравнивается с тем, что может быть типичным для автомобиля.

27. Integrated Concepts (a) Линия электропередачи из алюминия имеет сопротивление 0,0580 Ом / км. Какова его масса на километр? б) Какова масса на километр медной линии с таким же сопротивлением? Более низкое сопротивление сократит время нагрева.Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

28. Integrated Concepts (a) Погружной нагреватель, использующий 120 В, может повысить температуру 1,00 × 10 ² -граммовых алюминиевых стаканов, содержащих 350 г воды, с 20 ° C до 95 ° C за 2,00 мин. Найдите его сопротивление, предполагая, что оно постоянно в процессе. (b) Более низкое сопротивление сократит время нагрева. Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

29. Integrated Concepts (a) Какова стоимость нагрева гидромассажной ванны, содержащей 1500 кг воды, от 10 ° C до 40 ° C, исходя из эффективности 75,0% с учетом передачи тепла в окружающую среду? Стоимость электроэнергии 9 центов / кВт kWч. (b) Какой ток потреблял электрический нагреватель переменного тока 220 В, если на это потребовалось 4 часа?

30 . Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 ² МВт мощности при 480 В? (b) Какая мощность рассеивается линиями передачи, если они имеют коэффициент 1.00 — сопротивление Ом? (c) Что неразумного в этом результате? (d) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?

31. Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 ² МВт мощности при 10,0 кВ? (b) Найдите сопротивление 1,00 км провода, которое вызовет потерю мощности 0,0100%. (c) Каков диаметр медного провода длиной 1,00 км, имеющего такое сопротивление? (г) Что необоснованного в этих результатах? (e) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?

32.Создайте свою проблему Представьте себе электрический погружной нагреватель, используемый для нагрева чашки воды для приготовления чая. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете необходимое сопротивление нагревателя, чтобы он увеличивал температуру воды и чашки за разумный промежуток времени. Также рассчитайте стоимость электроэнергии, используемой в вашем технологическом процессе. Среди факторов, которые необходимо учитывать, — это используемое напряжение, задействованные массы и теплоемкость, тепловые потери и время, в течение которого происходит нагрев.Ваш инструктор может пожелать, чтобы вы рассмотрели тепловой предохранительный выключатель (возможно, биметаллический), который остановит процесс до того, как в погружном блоке будут достигнуты опасные температуры.

Глоссарий

электрическая мощность:

— скорость, с которой электрическая энергия подается источником или рассеивается устройством; это произведение тока на напряжение

Избранные решения проблем и упражнения

1. 2.00 × 10 ¹² Вт

5.{6} \ text {J} \\ [/ latex]

11.

No related posts.