Меню

Тепловая мощность электрических тэнов

Расчет мощности ТЭНов

Оптимальным источником энергии, для нагрева испарительной емкости, является квартирная электрическая сеть, напряжением 220 В. Можно просто использовать для этих целей бытовую электроплиту. Но, при нагреве на электроплите, много энергии расходуется на бесполезный нагрев самой плиты, а также излучается во внешнюю среду, от нагревательного элемента, не совершая при этом, полезной работы. Эта, понапрасну затрачиваемая энергия, может достигать приличных значений — до 30-50 %, от общей затраченной мощности на нагрев куба. Поэтому использование обычных электроплит, является нерациональным с точки зрения экономии. Ведь за каждый лишний киловатт энергии, приходится платить. Наиболее эффективно использовать врезанные в испарительную емкость эл. ТЭНы. При таком исполнении, вся энергия расходуется только на нагрев куба + излучение от его стенок вовне. Стенки куба, для уменьшения тепловых потерь, необходимо теплоизолировать. Ведь затраты на излучение тепла, от стенок самого куба могут так же, составлять до 20 и более процентов, от всей затрачиваемой мощности, в зависимости от его размеров. Для использования в качестве нагревательных элементов врезанных в емкость, вполне подходят ТЭНы, от бытовых эл.чайников, или другие подходящие по размерам. Мощность таких ТЭНов, бывает разная. Наиболее часто применяются ТЭНы с выбитой на корпусе мощностью 1.0 кВт и 1.25 кВт. Но есть и другие.

Поэтому мощность 1-го ТЭНа, может не соответствовать по параметрам, для нагрева куба и быть больше или меньше. В таких случаях, для получения необходимой мощности нагрева, можно использовать несколько ТЭНов, соединенных последовательно или последовательно-параллельно. Коммутируя различные комбинации соединения ТЭНов, переключателем от бытовой эл. плиты, можно получать различную мощность. Например имея восемь врезанных ТЭНов, по 1.25 кВт каждый, в зависимости от комбинации включения, можно получить следующую мощность.

  1. 625 Вт
  2. 933 Вт
  3. 1,25 кВт
  4. 1,6 кВт
  5. 1,8 кВт
  6. 2,5 кВт

Такого диапазона вполне хватит для регулировки и поддержания нужной температуры при перегонке и ректификации. Но можно получить и иную мощность, добавив количество режимов переключения и используя различные комбинации включения.

Последовательное соединение 2-х ТЭНов по 1.25 кВт и подключение их к сети 220В, в сумме дает 625 Вт. Параллельное соединение, в сумме дает 2.5 кВт.

Рассчитать можно по следующей формуле.

Мы знаем напряжение, действующее в сети, это 220В. Далее мы так же знаем мощность ТЭН, выбитую на его поверхности допустим это 1,25 кВт, значит, нам нужно узнать силу тока, протекающую в этой цепи. Силу тока, зная напряжение и мощность, узнаем из следующей формулы.

Сила тока = мощность, деленная на напряжение в сети.

Записывается она так: I = P / U.

Где I — сила тока в амперах.

P — мощность в ваттах.

U — напряжение в вольтах.

При подсчете нужно мощность, указанную на корпусе ТЭН в кВт, перевести в ватты.

1,25 кВт = 1250Вт. Подставляем известные значения в эту формулу и получаем силу тока.

I = 1250Вт / 220 = 5,681 А

Далее зная силу тока подсчитываем сопротивление ТЭНа, по следующей формуле.

R = U / I, где

R — сопротивление в Омах

U — напряжение в вольтах

I — сила тока в амперах

Подставляем известные значения в формулу и узнаем сопротивление 1 ТЭНа.

R = 220 / 5.681 = 38,725 Ом.

Далее подсчитываем общее сопротивление всех последовательно соединенных ТЭНов. Общее сопротивление равно сумме всех сопротивлений, соединенных последовательно ТЭНов

Rобщ = R1+ R2 + R3 и т.д.

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

P = U 2 / R где,

P — мощность в ваттах

U 2 — напряжение в квадрате, в вольтах

R — общее сопротивление всех посл. соед. ТЭНов

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

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

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

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

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

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

Еще один немаловажный плюс, который дает последовательное соединение ТЭНов, это уменьшенный в несколько раз протекающий через них ток, и соответственно малый нагрев корпуса нагревательного элемента, тем самым не допускается пригорание браги во время перегонки и не привносит неприятного дополнительного вкуса и запаха в конечный продукт. Так же ресурс работы ТЭНов, при таком включении, будет практически вечным.

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

19 авг. 07 23 марта 21, 22:20

Рейтинг Поделиться ссылкой

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

Источник

ТЭНы для воды, воздуха и других сред.

Доброго времени суток, мои дорогие читатели! В моих статьях я часто упоминаю слово ТЭН, еще нигде толком о них ничего не рассказывал. Этот недочет необходимо исправить! Поэтому я и решил написать данную статью, в которой дам краткий ликбез по данной (достаточно обширной) теме. А в одной из следующих статей я расскажу как подключать ТЭНы у электрического котла. Сразу скажу, что не претендую на полноту обзора и буду рад вашим замечаниям и комментариям, на основе которых можно будет дополнить данную статью. Итак, начнем с определения.

Что такое ТЭН.

ТЭН (сокращение от трубчатый электронагреватель) — это простейший электрический нагревательный прибор, который имеет самые разнообразные области применения:

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push(<>);

  • Отопление — ТЭНы применяются в качестве нагревателей в электрических котлах, электрокаменках для саун, масляных радиаторах и так далее.
  • Горячее водоснабжение — с помощью ТЭНов нагревают воду накопительные и проточные водонагреватели. Да и в обычных бытовых чайниках тоже установлен ТЭН.

В общем, сфера применения таких приборов очень широкая. Везде, где нужно что-либо нагреть можно задуматься о применении того или иного вида ТЭНов. Теперь давайте подробно рассмотрим основные виды трубчатых электронагревателей:

  • ТЭНы для нагрева жидкостей — чаще всего при помощи таких приборов нагревают воду для тех или иных целей, но из этого правила есть исключения. Например, существуют модели, предназначенные для нагрева машинного масла или пищевых продуктов.
  • ТЭНы для нагрева воздуха — и так понятно, что такими приборами нагревают воздух, но тут есть свои нюансы — наличие или отсутствие обдува и скорость обдувающего воздуха. Кроме того, воздушные ТЭНы могут быть с оребрением, при помощи которого увеличивается площадь их поверхности.

Основные характеристики и устройство ТЭНов.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push(<>);
Для того, чтобы понять как устроен трубчатый электронагреватель посмотрите ниже на рисунок:

  1. Оболочка — металлическая трубка. В качестве оболочки применяются медные, стальные или алюминиевые трубки разных диаметров.
  2. Контактный стержень — металлический стержень с резьбой на конце, через который подключается питание ТЭНа.
  3. Нагревательный элемент — спираль из сплава с высоким удельным сопротивлением.
  4. Наполнитель — в качестве наполнителя используется диэлектрик периклаз (белый порошок оксида магния).
  5. Герметизирующий материал — защищает наполнитель от попадания наружной влаги и тем самым сохраняет его свойства.
  6. Контактные шайбы и гайки нужны для крепления клемм.
  7. Изолятор — разделяет контактный стержень и оболочку ТЭНа. Нужен для защиты от утечки тока на корпус.

На рисунке указаны параметры длины. Давайте расшифруем их значение:

  • L — развернутая длина нагревателя. По ГОСТу она равна сумме длин прямолинейных и изогнутых участков.
  • L а — активная длина. Равна длине нагревательного элемента.
  • L k — это длина заделки контактного стержня. Длина заделки нормируется и указывается в маркировке при помощи литеры.
  • L y — это длина пути тока утечки. Специальная нормируемая величина.
  • d — диаметр ТЭНа.

Как читать маркировку ТЭНов.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push(<>);
Для того, чтобы можно было отличать одни ТЭНы от других была разработана специальная маркировка, закрепленная государственным стандартом. Она наносится на поверхность при помощи пресса и должна находиться недалеко от изолятора. Рассмотрим для примера такую маркировку:

  • Цифрой 100 обозначена развернутая длина ТЭНа в сантиметрах.
  • Буквой «А» в маркировке зашифрована глубина заделки контактного стержня (расшифровку приведу ниже).
  • Цифра 13 обозначает диаметр трубки в миллиметрах.
  • Цифра 1,6 обозначает мощность нагревателя в кВт.
  • При помощи буквы «р» зашифрованы нагреваемая среда (в данном случае вода и слабые растворы щелочей или кислот) и материал трубки (углеродистая сталь).
  • Цифра 220 обозначает напряжение питания 220 В.
  • Цифра 2 — это номер формы ТЭНа (в данном случае он U-образный).
  • R30 — радиус загиба ТЭНа в миллиметрах.

Теперь давайте расшифруем длину заделки контактных стержней. Смотрим ниже на рисунок:

Теперь перейдем ко второй букве в маркировке. Приведу расшифровку наиболее популярных вариантов:

Буква Нагреваемая среда Материал трубки Максимальная удельная мощность, Вт/см 2
X Вода или слабые растворы щелочей и кислот Медь или латунь 9
P Вода или слабые растворы щелочей и кислот Углеродистая сталь 15
J Вода или слабые растворы щелочей и кислот Нержавеющая сталь 15
Z Жиры или масла Углеродистая сталь 3
O Воздух или другие смеси газов (с обдувом) Углеродистая сталь 5
S Воздух или другие смеси газов (без обдува) Углеродистая сталь 2,2

Более подробно все расшифровано в ГОСТе 13268-88. Для воздушных ТЭНов прописано наличие или отсутствие обдува и даже необходимая скорость воздуха. Если вы будете использовать ТЭНы предназначенные для обдува на спокойном воздухе, то они быстро перегорят из-за слишком большой удельной мощности. Для полноты обзора добавлю картинку с формами. Это поможет вам легче в них ориентироваться:

Какие ТЭНы применяются в электрических котлах и водонагревателях.

Ранее я писал отдельную статью по электрическим котлам, которую тоже рекомендую прочитать. Ну да ладно, давайте перейдем к делу. В качестве нагревательных элементов для электрических котлов применяются блоки ТЭНов. Представляют они из себя несколько нагревателей, которые объединены вместе при помощи гайки. Чтоб было понятнее смотрите ниже на рисунок:

Гайка может быть следующих диаметров: 1,25 дюйма, 2 дюйма и 2,5 дюйма. Уплотняется такой блок при помощи кольцевого резинового уплотнения (если оно предусмотрено конструктивно) или при помощи подмотки нитью или ФУМ-лентой. Что касаемо трубок, они могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали. Нержавейка дороже, но значительно дольше живет чем черная сталь.При мощностях до 9 кВт, внутри котлов могут быть установлены блоки с напряжением питания 220 В. При большей мощности, в котлах устанавливаются блоки под трехфазное напряжение 380 В.

Теперь перейдем к ТЭНам для водонагревателей. Они могут быть выполнены на резьбовой гайке (чаще всего диаметром 1,25 дюйма) или на фланце, который зажимается при помощи болтов. Смотрим ниже на рисунок:

Есть еще «сухие» ТЭНы. Они изолированы от воды в специальных колбах и производители утверждают, что они более безопасны, чем обычные. Хотя все их преимущества в безопасности можно свести на нет при помощи установки УЗО, которое будет отключать питание при наличии тока утечки больше 30 мА.

Резюме статьи.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push(<>);

Данная статья предназначена для тех, кто слабо представляет себе из чего сделан ТЭН и для чего он нужен, поэтому прошу специалистов не судить строго, а помочь дополнить ее при помощи хороших и интересных комментариев. На этом все, желаю всем удачи!

Источник



Рекомендации по подбору ТЭНов для различных сред

Нагреваемая среда — воздух

Для нагрева воздуха используется два типа ТЭНов:

  • ТЭНы для «спокойного» воздуха. Маркировка таких ТЭНов по ГОСТ 13268-88 – «S» и «T». Удельная мощность на единицу поверхности соответственно 2,2 ватт/кв. см и 5,0 ватт/кв. см. Максимальная температура на поверхности – 450 и 650 градусов. Съем тепла с поверхности нагревателя происходит за счет конвекции «спокойного» воздуха, контактирующего с нагретой поверхностью.
  • ТЭНы для «подвижного» воздуха, еще их называют «обдуваемые», с маркировкой «О» и «К», удельной мощностью 5,5 Вт/кв. см и 6,5 Вт/кв. см. Съем тепла с поверхности нагревателя осуществляется подвижной струей воздуха, создаваемой, например вентилятором и движется эта струя со скоростью не менее 6 м/с (по ГОСТ). Естественно, что «обдуваемый» ТЭН по сравнению со «спокойным», имея одинаковые характеристики (размеры, материал, напряжение и пр.), может иметь значительно большую мощность и генерировать на своей поверхности больше тепла. При этом «обдуваемый» ТЭН не перегревается, т.к. избыток тепла интенсивно отбирается движущимся воздухом.

Когда речь идет об обогреве обычных помещений, в которых температуру воздуха нужно поднять до уровня 20-25 градусов, выбор ТЭНов не представляет затруднений: из таблицы ТЭНов на сайте выбирается ТЭН нужного типоразмера, мощности и напряжения, количество ТЭНов определятся общей необходимой мощностью из расчета (в среднем) 1 кВт на 10-12 кв. м площади помещения при стандартной высоте потолка 3 м и общепринятой утепленности здания. При этом температура ТЭНа повышается незначительно, т.е. это собственная температура ТЭНа плюс 20-30 градусов. Иначе обстоит дело, когда температуру воздуха нужно поднять до 150, 200 и даже 250 градусов. Это происходит в сушилках, печках-пекарнях, окрасочных камерах. В этом случае общая температура ТЭНа будет очень высокая: собственная температура ТЭНа плюс 250 градусов окружающего воздуха. Такая температура может неблагоприятно сказаться на «здоровье» ТЭНа – он может попросту перегреться.

Рассмотрим конкретный пример. Допустим, в камере для порошковой окраски изделий необходимо создать температуру +200 градусов. Опуская детали расчета, используем для этой цели ТЭН 140 В13/2,5 Т 220 (трубка длиной 140см, диаметром 13мм, мощностью 2,5кВт, из нержавеющей стали). Этот ТЭН имеет удельную мощность около 4,8 Вт/кв. см, а собственную температуру около 600 градусов. В рабочем режиме температура ТЭНа достигает 600+200=800 градусов, что превышает максимально допустимую температуру ТЭНа. А если учесть «разрешенные» скачки напряжения (+10%), разрешенное отклонение по мощности ТЭНа (+5%), то общая температура ТЭНа может быть еще выше. Долговечность такого ТЭНа становится под вопросом.

Возьмем ТЭН 140 В13/2,0 Т 220 (такой же, как и предыдущий, только мощностью ниже -2,0 кВт вместо 2,5 кВт). У этого ТЭНа удельная мощность равна 3,86 Вт/кв. см, собственная температура – примерно 480 градусов, суммарная температура ТЭНа около 680 градусов, что уже не так критично.

Очевидно, первый ТЭН, как более мощный, разогреет камеру быстрее, количество этих ТЭНов, исходя из необходимой общей мощности для разогрева камеры до нужной температуры, потребуется меньше. Но в конечном итоге эти «плюсы» могут перекрыться «минусами»: более мощные, но перегретые ТЭНы будут чаще выходить из строя, а это потребует более частой остановки окрасочной камеры и сборки-разборки ТЭНовых узлов.

ВЫВОД: при подборе воздушных ТЭНов необходимо увязывать такие параметры, как:

  • размеры и материал трубки ТЭНа;
  • мощность и собственную температуру ТЭНа;
  • эксплуатационные условия — температуру воздуха, качество обдува и др.

Нагреваемая среда – вода

Обозначение этих ТЭНов по ГОСТ 13268-88:

  • «Р» — материал трубки ТЭНа – чёрная сталь;
  • «J» — материал трубки ТЭНа – нержавеющая сталь.

Допускаемая удельная мощность (Р уд.доп.) на поверхности ТЭНа – 15 Ватт/кв.см. Этот показатель определяет максимально допустимую мощность ТЭНа. При подборе водяных ТЭНов необходимо соблюдать следующие правила:

  • Эксплуатируя ТЭН, необходимо предпринять все меры для того, чтобы предотвратить образование на его поверхности «накипи» — это отложения на трубке ТЭНа различных примесей, присутствующих в жидкости. Примеси присутствуют, например, в грязной или жёсткой воде, они обволакивают трубку ТЭНа в виде плёнки различной толщины. Чем толще такая пленка, тем хуже теплопередача от ТЭНа к жидкости, и в какой-то момент ТЭН может перегреться и выйти из строя. Особенно опасна в этом смысле вода, добываемая из артезианских скважин. Поэтому с самого начала эксплуатации ТЭНов необходимо озаботиться установкой всевозможных фильтров и умягчителей жидкости, а также производить профилактическую чистку ТЭНов и резервуаров.
  • Активная часть ТЭНа должна быть полностью погружена в жидкость. Напомним, что активная длина ТЭНа равна полной его длине за минусом длины «зоны непрогрева» ТЭНа (это величина, на которую контактная шпилька с торца входит внутрь ТЭНа). Большинство водяных ТЭНов имеют зоны непрогрева А=40 мм, и В=65 мм, поэтому такие ТЭНы должны быть погружены в жидкость практически полностью. В случае применения ТЭНов с другими зонами непрогрева (С=100 мм; D=125 мм; Е=160 мм; F=250 мм; G=400 мм и т.д.) уровень жидкости должен быть выше зоны непрогрева на 20 – 30 мм.
  • Иногда по технологическим причинам нагреваемую жидкость необходимо с некоторой периодичностью сливать из резервуара. В этом случае ТЭНы оголяются и из водной среды переходят в воздушную, т.е. работают в режиме смены сред «вода-воздух» (конечно, при сливе жидкости ТЭНы отключают). В таких случая не рекомендуется применять ТЭНы из черной стали, т.к при нагреве, остывании и смене сред черная сталь начинает интенсивно корродировать (ржаветь) и быстро разрушается. А, например, на нержавеющую сталь такие условия пагубного воздействия не оказывают.
  • Для установки ТЭНа в резервуаре и его герметизации (уплотнительная прокладка) на торцах ТЭНа закрепляют щтуцера – втулки с резьбой и фланцем под прокладку. Закрепление штуцера на торце ТЭНа производится разными способами. Один из них – опрессовка штуцера специальными пресс-ножницами. Этот способ создаёт прочное и достаточно герметичное соединение штуцера с трубкой ТЭНа, которое позволяет использовать ТЭН при нагреве жидкости в резервуарах с внутренним давлением не более 0,25 мПа ( 2,5 атм.). Т.е в обычных системах отопления, в обычных нагревательных резервуарах ТЭНы с опрессованными штуцерами используются очень широко.

Если же давление в резервуаре превышает 2,5 атм. (например, в парогенераторах), опрессовка штуцера уже не дает достаточной герметичности, и штуцер необходимо либо припаять, либо приварить к трубке ТЭНа. Об этом нужно помнить при заказе ТЭНа, иначе штуцер будет «пропускать» жидкость по трубке ТЭНа, что в конечном итоге выведет его из строя.

В остальном же выбор ТЭНа не должен вызвать затруднений: по таблице на сайте выбирайте мощность, напряжение, длину и диаметр трубки ТЭНа, её материал и форму, необходимые штуцер и контактную часть.

Источник

Читайте также:  Чему равна элементарная мощность