Расчет трубчатых электронагревателей (ТЭН)
Расчет трубчатых электронагревателей (ТЭН) сводится к проверке удельной поверхностной нагрузки выбранного ТЭНа (не должна превышать максимально допустимую для той или иной среды). Вторым критерием выбора ТЭН является технологическая возможность изготовителя (сочетание длина - диаметр - мощность - напряжение) сделать ТЭН по заданным параметрам из-за ограничений применяемой нихромовой проволоки или из-за ограничений имеющегося оборудования.
Основные формулы, требующиеся для расчета ТЭН
1. Закон Ома:
- I - сила тока, А.
- U - напряжение, B.
- R - сопротивление, Ом.
2. Сопротивление ТЭН:
- R = U2/P (2)
- R - сопротивление, Ом.
- U2 - напряжение в квадрате, B.
- Р - мощность, Вт.
3. Удельная ваттная нагрузка ТЭН:
- Q = P/(3,14*(L-Lk*2)*d) (3)
- Q - удельная нагрузка, Вт/см2.
- P - мощность ТЭН, Вт.
- L - развернутая длина ТЭН, см.
- Lk - длина контактного стержня в заделке, см.
- d - диаметр оболочки ТЭН, см.
Формулы для расчета мощности ТЭН для различных тепловых процессов
1. Количество теплоты необходимой для нагрева:
- Qн = m*C*(T1-T0), Дж (1)
- m - масса нагреваемого тела, кг.
- C - удельная теплоемкость, Дж/кг/К.
- T1,T0 - конечная и начальная температуры нагрева, К.
2. Количество теплоты необходимой для плавления твердого тела:
- Qпл = y*m, Дж (2)
- y - удельная теплота плавления, Дж/кг.
- m - масса тела, кг.
3. Количество теплоты необходимой для превращения жидкости в пар:
- Qкип = r*m, Дж (3)
- r - удельная теплота парообразования, Дж/кг.
- m - масса тела, кг.
4. Любой технологический тепловой процесс сопровождается потерями, мощность которых можно учесть по формуле:
5. Таким образом необходимую суммарную мощность нагревателей можно рассчитать по формуле:
- P = k*(Q/t + Pпот), Вт (5)
- k - коэффициент учитывающий запас мощности (можно принять k = 1,2...1,3).
- Q - суммарное количество теплоты для обеспечения теплового процесса, Дж.
- t - время теплового процесса, с.
- Pпот - суммарная мощность потерь, Вт.
При выборе нагревателей необходимо учитывать, что суммарная мощность всех нагревателей должна быть не менее рассчитанной. При этом, удельная поверхностная мощность нагревателя не должна превосходить предельно допустимую 2,5 Вт/см2.
