Расчет мощности электротермических установок (ЭТУ)

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФГОУ ВПО

«Орловский государственный аграрный университет»

 

 

Методические указания для выполнения практических работ по курсу

«Электротехнология»

 

А.В. Виноградов

 

Орел 2007

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 1

Расчет мощности электротермических установок (ЭТУ)

 

 

Расчет основывается на решении уравнения теплового баланса, которое выражается уравнением:

 

å Qпос = å Qрас, Дж

 

где:

å Qпос – сумма поступающей тепловой энергии

å Qрас – сумма расходуемой тепловой энергии

 

Уравнение теплового баланса записывается более подробно

 

å Qэн + åQбо + åQэо + åQср +… = åQпол + åQвсп + … +åQпот

 

где:

å Qэн – тепловая энергия электрических нагревателей

å Qбо – тепловая энергия биологических объектов

å Qэо – тепловая энергия электрооборудования

å Qср – тепловая энергия солнечной радиации

å Qпол – тепловая энергия полезно расходуемая

å Qвсп – тепловая энергия затраченная на нагрев вспомогательных устройств

åQпот – тепловая энергия потерь

Каждая составляющая в уравнении энергобаланса может быть записана также более подробно, в том числе составляющие потерь.

Например, для помещения потери записываются:

 

å Qпом =Qо + Qг + Qа + Qин +…+ Qв + Qи, Дж

 

Где:

Qо – потери через ограждения (двери, окна, стены …) зависит от ориентации помещения, от скорости ветра и т.д.

Qг – потери через грунт (пол)

Qа – потери на аккумуляцию тепла полом в помещениях, грунтом в теплицах и т.д. Зависит от разности температур пола и воздуха.

Qин –потери, обусловленные инфильтрацией воздуха в помещениях

Qв – потери тепла с вентиляционным воздухом, зависит от кратности воздухообмена, температуры воздуха и т. д.

Qи – расход тепла на испарение влаги (особенно в теплицах)

 

Расчет мощности ЭТУ

 

При нагреве, испарении или плавлении материалов общий вид уравнения теплового баланса следующий:

 

Qпотр = Qпол +å Qт +å Qэ Дж

Где:

Qпотр – энергия потребляемая из сети

Qпол – полезно используемая энергия

å Qт – сумма тепловых потерь в окружающую среду на нагрев конструкций, тары.

å Qэ – потери энергии в электрических элементах (трансформаторах, преобразователях, цепях управления)

 

Аналогично тепловому выглядит баланс потоков мощностей:

 

Рпотр = Фпол +åФт + åРэ Вт

Где:

Рпотр – потребляемая из сети эл. мощность

Фпол – полная тепловая мощность

åФт – тепловая мощность потерь

åРэ – эл. мощность потерь

 

При этом:

åФт = Фо + Фк

 

Где:

Фо – тепловой поток потерь через ограждения

Фк – тепловой поток на нагрев конструкций, тары

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 1

 

Расчет полезной мощности для ЭТУ

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 2

Расчет тепловых потерь

1) Тепловая энергия, расходуемая на нагрев конструкции ЭТУ (Фк) определяется:

Фк= Вт

2) Потери в окружающую среду. В общем случае они связаны с тремя способами передачи теплоты:

1. конвекцией;

2. теплопроводностью;

3. излучением.

Для многих практических задач при поток мощности определяется следующим образом:

Фо =

 

Rвн=

 

Rнар=

 

Используя приведенные формулы можно определить теплопотери помещений, печей, с плоскими поверхностями и т.п.

 

Коэффициент конвективной теплоотдачи a на границе стенка – воздух находится в пределах a= 4 - 15 для диапазона температур тепловых С/Х процессов.

 

Для определения a предложено большое число формул, базирующихся на экспериментальных данных.

 

Например:

1. Для вертикальных стенок и труб a= 3,26· ,

2. Для горизонтальных поверхностей, обращенных теплоотдающей поверхностью вверх a= 2,55· ,

3. Для горизонтальных поверхностей, обращенных теплоотдающей поверхностью вниз a= 1,63· , ;

4. Для принудительной конвекции a зависит главным образом от скорости движения среды.

При принудительном движении воздуха вдоль стенки скорости

W> 5 м/с

a=7,12

 

Потери энергии в электрических элементах ЭТУ составляют от 3-х до 8 % номинальной мощности.

В высокочастотных установках индукционного и диэлектрического нагрева эти потери могут достигать 25 – 50 %

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 3

Определение мощности по кратности воздухообмена.

 

Если задана кратность воздухообмена в помещении к_в 1/с или 1/ч, то мощность потерь воздухообмена определяется:

, Вт к_в =3.6-14.4 1/час=1-4·10 1/с

-объем помещения, м

-плотность воздуха, кг/м

-удельная теплоемкость воздуха, Дж/кг

, - температура внутри и снаружи помещения

 

Поскольку производительность вентилятора (или насоса, если теплоноситель вода) можно найти следующим образом:

 

= кг/с -по массе

V м /с- по объему

 

Тогда тепловой поток мощности воздухообмена:

, Вт

, Вт

 

Если нужно учитывать изменение удельной теплоемкости теплоносителя (воздуха) в процессе тепломассообмена, то в формулах необходимо брать значения энтальпии:

 

, Вт

Пример: в электропечи непрерывного действия производительностью =0,139 кг/с нагреваются стальные изделия под отпуск от 20 до 230

Определить полезную установленную мощность печи (КПД=0,72, =0,95, коэффициент запаса =1,2). Удельная теплоемкость стали с=490Дж/кг .

 

, Вт

, Вт

 

Решение

Переводим известные данные в единицы СИ:

970кДж/час.голов.=970 Дж/С.гол.=270Вт/гол.

Определяем плотность и теплоемкость воздуха:

Составляем уравнение энергобаланса:

или

Q =теплота, теряемая с вентилируемым воздухом.

Q -потери через ограждения.

Определяем поток мощности Ф по кратности воздухообмена

=163,8 Вт

при раз/час = раз/с и объеме помещения:

-объем помещения

Определение потока мощности, выделенной животными.

N-количество животных

-тепловой поток мощности 1 животного

, Вт

Определение мощности потерь через ограждение Ф

Тогда: Вт

 

Мощность электрокалориферного отопления:

кВт

Выбираем 2 калорифера СФОЦ 60/0,5

Р=67,5 кВт мощность 1 калорифера.

С= нагрев сопротивлением (ТЭН)

Ф- индекс калорифера.

О-окисляющая среда (аммиак)

Ц- центробежный вентилятор

0,5-50 С предельная температура нагретого воздуха.

 

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФГОУ ВПО

«Орловский государственный аграрный университет»

 

 

Методические указания для выполнения практических работ по курсу

«Электротехнология»

 

А.В. Виноградов

 

Орел 2007

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 1

Расчет мощности электротермических установок (ЭТУ)

 

 

Расчет основывается на решении уравнения теплового баланса, которое выражается уравнением:

 

å Qпос = å Qрас, Дж

 

где:

å Qпос – сумма поступающей тепловой энергии

å Qрас – сумма расходуемой тепловой энергии

 

Уравнение теплового баланса записывается более подробно

 

å Qэн + åQбо + åQэо + åQср +… = åQпол + åQвсп + … +åQпот

 

где:

å Qэн – тепловая энергия электрических нагревателей

å Qбо – тепловая энергия биологических объектов

å Qэо – тепловая энергия электрооборудования

å Qср – тепловая энергия солнечной радиации

å Qпол – тепловая энергия полезно расходуемая

å Qвсп – тепловая энергия затраченная на нагрев вспомогательных устройств

åQпот – тепловая энергия потерь

Каждая составляющая в уравнении энергобаланса может быть записана также более подробно, в том числе составляющие потерь.

Например, для помещения потери записываются:

 

å Qпом =Qо + Qг + Qа + Qин +…+ Qв + Qи, Дж

 

Где:

Qо – потери через ограждения (двери, окна, стены …) зависит от ориентации помещения, от скорости ветра и т.д.

Qг – потери через грунт (пол)

Qа – потери на аккумуляцию тепла полом в помещениях, грунтом в теплицах и т.д. Зависит от разности температур пола и воздуха.

Qин –потери, обусловленные инфильтрацией воздуха в помещениях

Qв – потери тепла с вентиляционным воздухом, зависит от кратности воздухообмена, температуры воздуха и т. д.

Qи – расход тепла на испарение влаги (особенно в теплицах)

 

Расчет мощности ЭТУ

 

При нагреве, испарении или плавлении материалов общий вид уравнения теплового баланса следующий:

 

Qпотр = Qпол +å Qт +å Qэ Дж

Где:

Qпотр – энергия потребляемая из сети

Qпол – полезно используемая энергия

å Qт – сумма тепловых потерь в окружающую среду на нагрев конструкций, тары.

å Qэ – потери энергии в электрических элементах (трансформаторах, преобразователях, цепях управления)

 

Аналогично тепловому выглядит баланс потоков мощностей:

 

Рпотр = Фпол +åФт + åРэ Вт

Где:

Рпотр – потребляемая из сети эл. мощность

Фпол – полная тепловая мощность

åФт – тепловая мощность потерь

åРэ – эл. мощность потерь

 

При этом:

åФт = Фо + Фк

 

Где:

Фо – тепловой поток потерь через ограждения

Фк – тепловой поток на нагрев конструкций, тары

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 1