Нагреватель мощностью 50 квт повышает температуру воды протекающей: Нагреватель мощностью 50 кВт повышает температуру воды, протекающей со скоростью 1 м/с по трубе диаметром 2 см, с 15 до 35 °С.

Май 15 2020

3=0,314кг/секунду. теплоемкость воды Ср=4,19 кДж/(кг*К) нагреваем воду с 15 до 35 градусов, следовательно: дельта т=т2-т1=35-15=20гр. количество энегрии переданной воде будет равно: Q=Ср*G*дельта т = 4,19*0,314*20=26,31кДж/секунду=26,31кВт 50 — 26.31 = 23.68 кВт. ( отдаётся окружающей среде).

5 — 9 классы
Физика
16 баллов

Добрый вечер! Кто-нибудь поможет мне решить задачу по физике?)

Нагреватель мощностью 50 кВт повышает температуру воды, протекающей со скоростью 1 м/с по трубе диаметром 2 см, с 15 до 35 градусов Цельсия. Какая часть количества теплоты выделяемой нагревателем передается окружающей среде?

А на самом-то деле это тепло посчитать можно.
Площадь поперечного сечения трубы πd²/4 умножишь на скорость, получишь объемный расход, т.е. объем воды, протекающий через поперечное сечение за секунду. Умножаешь этот объемный расход на плотность воды ρ=1000 кг/м³, получаешь массу воды, которую нагреватель нагревает за одну секунду:

m/t=ρπd²/4=.

вычисляй. =. кг/секунда

А теплоту Q/t, нужную для нагрева этой массы, посчитаешь из формулы 7-ого класса: масса m/t, умноженная на удельную теплоемкость воды, умноженная на разность температур.
Для расчета все есть, удельная теплоемкость воды
С=4200 Дж/(кг·град).
Считай, получишь . Дж/c

Это число должно быть меньше, чем 50000 Дж/c. Отнимаешь от 50000 Дж/c это полученное число, получаешь сколько Джоулей за каждую секунду тратиться на нагрев не воды, а окружающей среды.
Ну, ответ дальше несложно будет получить, дробь составишь: что-то делить на что-то. Что на что — сама должна сообразить))))

«>

Содержание

Разноуровневые задачи по физике в для 8 класса по «Уравнение теплового баланса»

Уравнение теплового баланса

В воду массой 1 кг, температура которой 10 ^оС, вливают кипяток массой 800 г. Какова конечная температура воды?
В сосуд с холодной водой опустили три бруска (чугунный, медный и свинцовый), имеющие одинаковую массу и нагретые до одной же температуры. Одинакова ли температура брусков после охлаждения? Одинаковое ли количество теплоты бруски отдали воде?
В воду массой 300 г, температура которой 10 ^оС, опустили нагретые в кипящей воде металлические гири общей массой 1 кг. Температура воды повысилась на 21 ^оС. Из какого материала изготовлены гири?
В калориметре находилась жидкость массой 100 г при температуре

25 ^оС. В неё опустили шар массой 100 г, температура которого 75 ^оС. После этого в калориметре установилась температура 30 ^оС. В о сколько раз удельная теплоёмкость жидкости больше удельной теплоёмкости материала шара?

5. Свинцовый шар падает с высоты 30 м на стальную плиту. На сколько градусов температура шара после удара превысит начальную, если

50 % механической энергии переходит во внутреннюю энергию шара?

6. В калориметре поочерёдно нагревают различные жидкости с помощью одного и того же электронагревателя. Графики зависимости температуры t от времени  представлен на рисунке. Известно, что в первом опыте калориметр содержал воду массой 1 кг, во втором другое количество воды, в третьем – некоторую жидкость массой 3 кг. Какова была масса воды во втором опыте? С какой жидкостью могли проводить третий опыт?

7. Нагреватель мощностью 50 кВт повышает температуру воды, протекающей со скоростью 1 м/с по трубе диаметром 2 см, с 15 до 35^оС. Какая часть количества теплоты, выделяемого нагревателем, передаётся среде?

8. В калориметр с водой перенесли из кипятка металлический шарик, в результате чего температура в калориметре поднялась с 20 до 40 ^оС. Какой станет температура в калориметре после переноса из кипятка второго такого же шарика? Третьего? Сколько таких шариков надо перенести, чтобы температура в калориметре стала равной 90

оС?

Задача С7.

Агрегат мощностью 50 кВт охлаждается проточной водой

Задача С7. Агрегат мощностью 50 кВт охлаждается проточной водой, текущей со скоростью 4 м/с по охватывающей агрегат трубке радиусом 5 мм. Начальная температура воды 10 °C. До какой температуры нагревается вода, если половина тепловой мощности агрегата идет на ее нагревание? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг • К).

Обозначим N мощность агрегата, v — скорость течения воды, R — радиус трубки,

— начальную температуру воды, — КПД нагревателя, с — удельную теплоемкость воды, — плотность воды, — температуру, до которой нагревается вода, — количество теплоты, пошедшее на нагревание воды, — количество теплоты, затраченное агрегатом, m — массу воды, V — ее объем, I — длину водяного столбика, S — площадь сечения трубки, t — время нагревания.

Решение:

Мы записали в условии КПД равным 50%, потому что только половина, т.е. 50% выделяемого агрегатом тепла, идет на нагревание воды.

Запишем формулу КПД этого агрегата следующим образом:

Здесь

— количество теплоты, пошедшее на нагревание воды:

Чтобы ввести в эту формулу известную нам скорость воды, выразим массу протекающей по трубке воды через ее плотность

и объем V, а объем, в свою очередь, — через некоторую длину столбика воды — время, за которое некоторое сечение этого столбика воды пробегает длину l:

Здесь

— площадь поперечного сечения трубки с водой. Собрав все эти равенства в формулу массы воды, получим:

Подставим правую часть равенства (3) вместо массы в формулу (2):

Теперь выразим затраченное агрегатом количество теплоты через его тепловую мощность:

Нам осталось подставить правые части выражений (4) и (5) в формулу (1) и, сократив неизвестное время t, найти искомую температуру

. Проделаем эти действия:

Отсюда найдем

Задача в общем виде решена. Выразим величины мощности и радиуса в единицах СИ:

Произведем вычисления:

Ответ:

Эта задача взята со страницы подробного решения задач по физике, там расположена теория и подробное решения задач по всем темам физики:

Задачи по физике с решением

Возможно вам будут полезны эти задачи:

Задача С5. Идеальный одноатомный газ, находящийся в теплоизолированном сосуде объемом Vпод давлениемр, заперт поршнем массой М (рис. 169). Справа поршень удерживают упоры 1 и 2, не давая газу расширяться. В поршень попадает пуля массой пг, летящая горизонтально со скоростью v, и застревает в нем. Считая, что всю механическую энергию поршень передаст газу, определить, во сколько раз повысится температура газа. Процесс в газе изобарный.

Задача С6. В цилиндре под двумя одинаковыми тонкими поршнями находится сжатый идеальный газ. Расстояния от дна цилиндра до нижнего поршня и от нижнего поршня до верхнего одинаковы и равны h. Давление воздуха под верхним поршнем вдвое больше атмосферного. Вся система находится в равновесии.

На верхний поршень надавливают так, что он опускается на место нижнего, сжимая газ. Каким станет расстояние х от нижнего поршня до дна сосуда? Атмосферное давление постоянно.

Задача С8. Тепловой двигатель совершает круговой цикл, соответствующий графику на рис. 170. Цикл состоит из двух изохор 1-2 и 3-4, и двух адиабат 2-3 и 4-1. Найти КПД этого цикла.

Задача С9. В калориметр налита вода массой 0,4 кг при 10 °C. В воду положили 0,6 кг льда при -40 °C. Определить температуру после установления теплового равновесия. Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг * К), удельная теплоемкость льда 2100 Дж/(кг * К), удельная теплота плавления льда Дж/кг.

Водонагревательный бак: типы, сравнительная характеристика, устройство

На чтение 8 мин. Просмотров 11 Опубликовано 26.01.2020 Обновлено 13.01.2020

В летний период даже в многоквартирных домах бывают перебои с горячей водой. Если постоянно греть воду и мыться в тазике не хочется, стоит купить водонагревательный бак. Разнообразие представленных моделей велико. Присутствуют варианты для квартир, частных домов.

Классификация водонагревательных баков

Разновидности настенных баков для нагрева воды

Оборудование для нагрева воды разделяют по нескольким признакам. В зависимости от способа нагрева:

Накопительные. Такие устройства нагревают сразу большое количество воды в баке, откуда она расходуется для хозяйственных нужд, смешиваясь с холодной.
Проточные. Это специальные устройства с нагревательным элементом, подключаемые к сети холодного водоснабжения, греющие протекающую воду в зависимости от мощности устройства, объема и скорости вытекающей жидкости.

В зависимости от источника энергии:

Электрические. Подключаемые к однофазной или трехфазной сети.
Газовые. Использующие для работы теплоту сгораемой смеси — пропан, бутан или другие газы.

На даче в целях экономии можно установить дровяной бойлер для воды

Нагревательный бак для хранения воды нуждается в защите от коррозии, поэтому их не все делают из железа. Виды баков:

из пластика высокого давления;
эмалированные;
стеклокерамические;
титановые или нержавеющие.

Пластиковые — наиболее бюджетны. Однако они недолговечны и при контакте с высокотемпературной средой подвержены деформации.

Главный недостаток эмалированной продукции — микротрещины. Они образуются при сильном нагреве. Поэтому советуют выставлять температуру до 60 градусов.

Титановые и нержавеющие нагревательные бачки – самые дорогие и прочные, не боятся коррозии, деформации. Ставятся в оборудование ведущих фирм.

Электрические

Бойлер с электрическим ТЭНом настенный

Электрические устройства удобны и безопасны в эксплуатации.

Проточные электроводонагреватели компактны. Им не надо смешивать горячую воду с холодной. Они лишь подогревают ее до приемлемой температуры. Вода нагревается моментально. Мощность нагревателя высокая. Бойлеры мощностью 3,5 кВт согревают 3 л. воды до температуры 40 градусов. Проточные водонагревательные бойлеры хороши для использования в местах с перебоями централизованной подачи ГВС. Отлично подходят для одной точки разбора воды. Если водоразборных точек больше — нагрева может не хватить. Преимущества проточных обогревателей:

компактность;
мгновенный прогрев;
использование только в момент необходимости, при простое не включается;
исключено внезапное прекращение ГВС.

Минусы:

высокая мощность подходит не для всякой проводки;
большие счета за электричество;
перегрев воды при отсутствии ограничителя нагрева.

Устройства большой емкости предпочтительнее ставить на пол

Проточные изделия могут быть безнапорными и напорными. Вторые раздают поток воды в несколько точек разбора.

Накопительный бойлер в квартиру оснащается баком 10—200 л. Выходящая вода смешивается с холодной в смесителе и подается на выход уже теплой. При расходе или остывании воды бойлер снова включается. В среднем на помывку человека тратится 40—50 л воды. Для приема душа семье из 3 человек достаточно 50—80 л. Для приема ванны нагревать требуется до максимума.

Водонагревательные электрические баки более 150 л ставятся на пол в частных домах. Расходуют много электричества.

Основные плюсы накопительных бойлеров для дома:

экономичность – средняя мощность 1,5—3 кВт;
одного хватает на все водоразборные точки дома;
долговечность.

Газовые

Бойлер газовый настенный проточного типа

Проточные нагреватели прямого нагрева подогревают воду, проходящую через змеевик. Газ подключается после подачи напора воды.

Плюсы:

конструкция компакта, легко умещается под мойкой или ванной;
мощность высокая;
стоимость сырья низкая.

Минусы:

подключение исключительно обученным специалистом,
пожароопасность,
замена баллонов при работе со сжиженным газом.

Накопительные модели по конструкции близки к электрическим. Источник энергии — газовая горелка для работы на магистральном или сжиженном газе, не требует электричества.

Оснащаются двумя видами камеры сгорания — закрытой и открытой. Во втором случае требуется дополнительный отвод воздуха.

Плюсы газовых накопительных бытовых бойлеров:

экономичность топлива;
быстрый нагрев;
работа без электричества.

Минусы:

стоимость оборудования;
стоимость установки;
относительная пожароопасность.

Модели на сжиженном газе часто используют на даче.

Косвенные

Схема монтажа бойлера косвенного нагрева

Этим типом нагревателей пользуются хозяева частных домов. Им нужно дешево подавать ГВС одновременно на кухню и в санузлы. Агрегат дорог, но не имеет своей системы обогрева, подключается к центральной системе ГВС. Его рекомендуют использовать в паре с одноконтурным котлом. Плюсом является возможность обеспечения всех точек водоразбора горячей водой с одинаковой температурой. Минусом — стоимость, объемность конструкции.

Комбинированные

Эти устройства объединили проточные и накопительные модели. Небольшие водонагревательные бачки 10—30 л весят всего 6 кг. Работают по выбору в одном из режимов. Количество моделей ограничено. Цена высокая.

Устройство и технические характеристики

Для бойлеров мощностью выше 8 кВт нужна трехфазная сеть

Бойлеры отличаются друг от друга видом, объемом, мощностью, способом установки. Однако основной тип строения похож. Это металлический бак различной емкостью, имеющий трубки для входа и выхода воды. Снаружи бака установлен термоизоляционный слой. Внутри — термонагревательный элемент (ТЭН) и датчик нагрева (термостат или терморегулятор). ТЭН нагревает воду с разной скоростью, в зависимости от мощности и объема жидкости. Терморегулятор выставляется на определенную температуру. Когда жидкость достигает заявленной температуры, ТЭН отключается. Если бойлер вообще не выключать, он будет поддерживать температуру на определенном уровне.

Мощность проточных электронагревателей 3—27 кВт. Для однофазной сети выбирают не больше 8 кВт. Для трехфазной сети подойдут модели помощнее — с ними воды хватит на все. Накопительные нагреватели не так мощны — всего 1,5—3 кВт с баком 50—200 л.

Баки делятся на настенные в горизонтальном и вертикальном исполнении. Свыше 150 л устанавливаются на пол. Семье из 4—6 человек нужен бак 80—150 л. Накопительные газовые в настенном исполнении — 10—100 л, напольные — 120 и более. Обязательно оснащение терморегулятором и датчиком определения остатка воды.

Проточные газовые бойлеры компактны, занимают мало места. Мощность 17—30 кВт.

Срок службы

Для защиты бойлера нужен магниевый анод — это повышает срок эксплуатации прибора

Бойлер с пластиковым баком дешевле всех, но его надежность сомнительна. Без протечек и деформаций служат лишь пару лет. Надежнее всего показывают себя баки из нержавейки и титана. Срок службы бойлера в 7—10 лет является символом надежности европейских производителей. Титановые продлевают срок эксплуатации еще на несколько лет. Эмалированное покрытие при правильной эксплуатации служит не меньше металлического.

Стеклокерамика, эмаль и пластик получают дополнительные повреждения при перепадах температур. Первыми ржавеют сварные швы. Поэтому новые модели оснащаются анодной защитой, где катодом выступает сам бак.

Нагревательные элементы бойлера

Мокрый ТЭН контактирует с водой, поэтому быстрее выходит из строя

Нагреватели по сути своей работы подвержены скорому разрушению и загрязнению. Для подогрева воды используется несколько типов нагревателей — мокрые, непосредственно находящиеся в баке и контактирующие с водой, и сухие, запаянные в герметичную оболочку.

Мокрый ТЭН

Водный нагреватель такого типа работает во влажной среде как кипятильник. Имеет медный корпус. Характерны для многих накопительных емкостей и всех проточных. Быстро нагревают воду, но накапливают на себе окалину и накипь. Способность нагрева уменьшается, а увеличение мощности ведет к уменьшению срока годности элемента. Чем выше температура, тем больше накипи. При работе с таким ТЭНом необходим фильтр для воды. В условиях с жесткой водой необходима чистка 3—4 раза в год.

Сухой ТЭН

Стеатитовый ТЭН помещен в специальную колбу. Контакта с водой и накипи нет, но цена бойлера в 1,5—2 раза выше.

Большие бойлеры и модели с быстрым нагревом оснащаются двумя ТЭНами.

Особенности выбора

Небольшой проточный водонагреватель для кухни

При периодических отключениях горячей воды и использовании ее исключительно на кухне можно выбрать проточный аппарат. Если агрегат рассчитывается на использование в хозяйственной и бытовой жизни семьи, малый объем бака будет недостатком. Нужно покрывать весь объем потребления.

При использовании большого бака и низком потреблении вода будет постоянно подогреваться и тратить электричество, что требует дополнительных затрат. Для их уменьшения нужна дополнительная теплоизоляция бака.

Как сделать самому

Вихревой теплогенератор состоит из двигателя и кавитатора.

В кавитатор подается вода (или другая жидкость). Двигатель раскручивает механизм кавитатора, в котором происходит процесс кавитации (схлопывания пузырьков). За счет этого, происходит нагрев жидкости, подаваемой в кавитатор. Подводимая электроэнергия расходуется на следующие цели: 1- нагрев воды, 2 — преодоление силы трения в двигателе и кавитаторе, 3- излучение звуковых колебаний (шум). Разработчики и производители утверждают, что принцип действия основан «на использовании возобновляемой энергии». При этом, не понятно, откуда эта энергия берется. Тем не менее, не происходит никакого дополнительного излучения. Соответственно, можно предположить, что вся энергия, подводимая к теплогенератору, тратится на нагрев воды. Таким образом, можно говорить о КПД, близком к 100%. Но не более…
Но перейдем от теории к практике.

На заре развития «вихревых теплогенераторов» предпринимались попытки проведения независимой экспертизы. Так, известная модель ЮСМАР изобретателя Ю. С.Потапова из Молдовы тестировалась американской компанией Earth Tech International (г.Остин, штат Техас), специализирующейся на экспериментальной верификации новых направлений в современной физике. В 1995 г. были проведены пять серий экспериментов по измерению соотношения между генерируемой тепловой и потребляемой электрической энергией. Заметим, что все многочисленные модификации испытуемого устройства, предназначенные для разных серий экспериментов, лично согласовывались с Ю.С.Потаповым в ходе визита одного из сотрудников компании в Молдову. Подробнейшее описание конструкции испытуемого теплогенератора с вихревой трубой, режимные параметры, методики проведения измерений и результаты приводятся на сайте компании www.earthtech.org/experiments/.

Для привода водяного насоса использовался электродвигатель с КПД=85%, тепловые потери которого на нагрев окружающего воздуха не принимались при расчете теплопроизводительности «вихревого теплогенератора». Отметим, что не измерялись и тепловые потери на нагрев окружающего воздуха, что, безусловно, несколько снижало получаемый КПД теплогенератора.

Результаты исследований, проведенных при варьировании основных режимных параметров (давление, расход теплоносителя, начальная температура воды и др.) в широком диапазоне продемонстрировали, что эффективность теплогенератора изменяется в диапазоне от 33 до 81%, что сильно не «дотягивает» до 300%, заявленных изобретателем перед проведением экспериментов.

Хотя по «тепловому вихрегенератору» расскажу…
Были некоторые примеры значительной экономии денежных средств на отопление в переходные периоды нашей экономики, когда деньги предприятий начинали считать. Сразу скажу, что с связано это с гримасами экономики, а совсем не с теплотехникой.

Скажем, некоторое предприятие желает отапливать свои помещения. Ну холодно им видите ли.
По некоторым причинам, ясно каким, не может вложиться в Газовую трубу, строить свою котельную на угле, мазуте — не хватает масштабов, а центральное отопление отсутствует или далеко.
Остается электричество, но при получении разрешения на использование электроэнергии в термальных целях устанавливали предприятию тариф, превышающий в несколько раз обычный.
Такие были раньше правила, и не только в России, но в Украине, Молдове и др. государствах, которые отпочковались от нас.
Вот тут приходил на помощь г-н Потапов и подобные.
Покупали чудо-устройство, тариф на электроэнергию для электродвигателей оставался обычный, тепловой КПД естественно никак больше сотни быть не мог, а вот в денежном отношении КПД был и 200 и 300, смотря во сколько раз сэкономили на тарифе.
Применяя ТН можно было достичь еще большей экономии, но для тех времен и вихретеплогенератора с эффективностью якобы 1,2-1,5 вполне было достаточно.
Ведь еще больший заявляемый КПД мог только повредить и отпугнуть покупателей, ведь квоты на электроснабжение выделялись по потребляемой мощности, а давал генератор тепла столько-же, если не меньше, в связи с потерями по cos Ф.
По теплопотерям помещений в 30-40% погрешности еще как-то можно было уложиться, списать на колебания погоды.
Сейчас это ушло в прошлое, но тема вихрегенераторов по инерции продолжает всплывать, и ведь находятся дураки, которые покупают, клюнув на информацию с фотками и адресами, что ряд уважаемых предприятий в свое время использовали их у себя и экономили большую кучу денег.
Только всей подоплеки им никто не рассказывает.

Щиты управления с водяным калорифером ЩУТ4

— Регулирование скорости приточного вентилятора
— Регулирование температуры приточного воздуха
— Защита водяного калорифера от замерзания теплоносителя

Регулировкой температуры приточного воздуха при помощи терморегулятора AQUA фирмы Regin (Швеция).
Терморегулятор управляет работой электропривода двух
или трехходового регулирующего вентиля, который изменяет подачу горячей воды в водяной калорифер.
Защиту от замерзания водяного калорифера осуществляет как сам терморегулятор AQUA, так и термостат защиты по температуре приточного воздуха PBFP.
Циркуляционный насос повышает давление в системе и уменьшает риск замерзания воды.
Щит управления включает/выключает электропривод воздушной заслонки на 220 В с самовозвратом. Это дает возможность предотвратить угрозу замерзания даже при выключении питания.
Мощность водяного нагревателя не ограничена, вентилятора от 0,75 до 15 кВт.
Для вентиляторов регулировка скорости осуществляется частотным регулятором путем изменения частоты подаваемого напряжения. Изменение частоты от 25 до 50 Гц, что дает изменение скорости вращения тоже в два раза.
Щит управления включает в себя следующие функции: включение/выключение электропривода воздушной заслонки, защита двигателя вентилятора, индикация загрязнения фильтра и отключение щита управления по сигналу пожарной сигнализации.
Для монтажа готовой системы с водяным калорифером можно использовать собранные смесительные узлы СУ -2 и СУ-3 в состав которых входит:
— двух или трехходовой вентиль с пропускной способностью 4 или 6,3 м3 час.
— электропривод вентиля (24 В, управляющий сигнал 0- 0 В)
— трехскоросной циркуляционный насос
— фильтр грубой очистки
— запорные шаровые краны и муфтовые соединения

Наименование щита	Вентилятор,кВт, 220 В	Маx рабочий ток, А	Размеры, мм
IP20	IP66
ЩУТ4-0,75	0,75	10	650х500х220	600х600х220
ЩУТ4-1,5	1,5	12	650х500х220	600х600х220
ЩУТ4-2,2	2,2	14	650х500х220	600х600х220
ЩУТ4-4,0	4,0	17	650х500х220	600х600х220
ЩУТ4-5,5	5,5	22	800х600х220	800х600х220
ЩУТ4-7,5	7,5	24	800х600х220	800х600х220
ЩУТ4-11,0	11,0	31	1000х650х300	1000х650х300
ЩУТ4-15,0	15,0	38	1000х650х300	1000х650х300

Щит управления ЩУТ4 осуществляет регулирование температуры приточного воздуха и защиту теплоносителя водяного калорифера NW1 от замерзания.
На дверце щита управления установлен переключатель «ЗИМА-ЛЕТО». В режиме «ЛЕТО» выключается терморегулятор AQUA и прекращается работа циркуляционного насоса M5.
В режиме «ЗИМА» терморегулятор управляет работой электропривода М6 для двух или трехходового вентиля. Заданная температура приточного воздуха поддерживается путем изменения количества горячей воды, протекающей через водяной калорифер. При угрозе замерзания (температура обратной воды меньше 5° С), термостат защиты FT1 выключит электропривод М4 воздушной заслонки и прекратит работу приточного вентилятора М1.
Регулятор R1, установленный внутри щита ЩУ8, позволяет менять скорость вращения вентилятора приблизительно в два раза путем изменения частоты подаваемого напряжения с 25 до 50 Гц.
Реле защиты двигателя вентилятора FT1 отключает питание вентилятора при перегреве обмоток двигателя или при значительном превышении максимального рабочего тока. Для вентиляторов М1, не имеющих термоконтактов, в щит управления устанавливается тепловое реле защиты ВАМУ по максимальному рабочему току вентилятора. Для вентиляторов М2, с биметаллическими или позисторными термоконтактами, защита против перегрева обмоток двигателя осуществляется при помощи реле защиты ТР 220.
Дифференциальное реле давления PD1, которое входит в комплект поставки, срабатывает когда падение давления на фильтре становится больше выставленного значения. При этом на дверце щита загорается красная лампочка.
Отключение щита управления при получении сигнала от пожарной сигнализации происходит при помощи независимого расцепителя, который выключает вводной автоматический выключатель щита управления.
Контакт пожарной сигнализации FS1 должен быть нормально разомкнутым и выдерживать ток 1 А напряжением 220 В в течении 1 секунды.

NW1 — водяной калорифер
R1 — частотный регулятор скорости вращения вентилятора.
FR1 — реле защиты вентилятора
М1 — вентилятор без термоконтактов
М2 — вентилятор с биметаллическими или позисторными термоконтактами
М4 — электропривод воздушной заслонки на 220 В с возвратной пружиной
М5 — циркуляционный насос на 220 В
М6 — электропривод для двух или трехходового вентиля
FS1 — контакт пожарной сигнализации
PD1 — дифференциальный датчик давления, входит в комплект поставки
FT1 — термостат защиты от замерзания
TD1 — канальный датчик температуры
TD2 — накладной датчик температуры обратной воды

Дополнительно для щита управления ЩУТ4:

— сборка в корпусе IP66
— выносной пульт управления
— подключение дополнительного вентилятора
— подтверждение работы вентилятора при помощи реле давления

Как выбрать тип и объем водонагревателя

Этот вопрос возникает перед каждым домовладельцем, который хочет решить проблему с нагревом воды для бытовых нужд. И ответ не однозначен и зависит от многих факторов. Так что же выбрать?

Прежде чем ответить на этот вопрос, зададим еще один. Зачем вам водонагреватель?

Вы хотите иметь горячую воду сразу после открытия крана, с постоянной температурой, желательно недорого и в нужном количестве.

Таким образом, наши ожидания имеют решающее значение при выборе типа прибора.

Необходимо определить потребность семьи в горячей воде. Она зависит от многих факторов:

размер дома,
количество точек забора воды (кранов),
количество членов семьи,
оборудование ванной комнаты (или санузла),
привычки и вкусы домочадцев.

Чтобы хорошо подобрать водонагреватель для конкретных нужд, необходимо знать характеристики различных устройств, доступных на рынке. Они зависят от способа нагрева воды. Существует два способа:

водонагреватель проточный, т. е. “на лету”
водонагреватель накопительный, то есть с хранением.

Нагреватели проточные и накопительные могут быть как электрические, так и газовые.

Проточный нагреватель

Проточные нагреватели могут быть запитаны как от водопровода, так и от резервуара высокого давления. Проточные водонагреватели, поддерживают регулировку температуры горячей воды. Устройства имеют небольшие размеры и массу, не превышающую несколько килограммов.

Как работает проточный нагреватель?

Водонагреватель начинает работу в момент открытия крана с горячей воды. Только тогда устройство начинает нагревать воду и потребляет для этого энергию. Получает ее до тех пор, пока не прекратится поток воды, то есть до вращения крана. Если кран будет включен повторно (по истечении долгого времени), то вода, находящаяся в установке между водонагревателем и смесителем успеет остыть, и уже не будет подогретой. Сначала будет течь холодная вода, ее количество зависит от длины трубы от нагревателя до крана забора воды.

В зависимости от мощности и количества точек забора воды следует выбрать водонагреватель одноточечный или многоточечный.

Проточные одноточечные нагреватели обслуживают один кран, и поэтому, как правило, монтируются непосредственно в его окрестностях, например, под или над раковиной или мойкой. Обычно уже на заводе такие водонагреватели оборудованы краном. Водонагреватели малой мощности оснащены аэратором – его задачей является смешивание воды с воздухом сделано это для того, чтобы дать пользователю иллюзию того, что из крана течет больше воды, чем на самом деле. Такой способ снабжения горячей водой особенно рекомендуется для удаленных друг от друга точек потребления, таких как: раковины (мытье рук, мытье небольшого количества посуды).

Многоточечные нагреватели обеспечивают централизованное питание горячей водой на несколько точек забора воды на объекте. Должны быть установлены централизованно, чтобы сократить до минимума длину (а значит, и диаметр) трубопровода и количество остатков в них воды. Между последовательными включениями водонагревателя, вода остывает до температуры окружающей среды.

Электрические водонагреватели бывают однофазные и трехфазные.

Однофазные электрические водонагреватели, в основном устанавливаются для обслуживания одной точки, их мощность колеблется от 3 до 6 кВт.

Трехфазные водонагреватели хорошо подходят для многоточечного использования, их мощность достигает 24 кВт. Основным параметром водонагревателя является его мощность. От мощности зависит, какое количество воды будет нагрето за определенное время.

Обычно поступающая вода из сети имеет температуру 5-10 градусов. Нагреватель должен нагреть ее примерно до 30-40 градусов. В следующей таблице показано, какая мощность необходима, чтобы нагреть воду до желаемой температуры при заданном потоке литров в минуту.

Расход воды в литрах в минуту	Мощность в кВт при увеличение температуры воды:
Расход воды в литрах в минуту	30 градусов	40 градусов
1	2,1 кВ	2,8 кВ
2	4,2 кВ	5,6 кВ
3	6,3 кВ	8,4 кВ
4	8,4 кВ	11,2 кВ
5	10,5 кВ	14 кВ
6	12,6 кВ	16,8 кВ
7	14,7 кВ	19,6 кВ
8	16,8 кВ	22,4 кВ
9	18,9 кВ	25,2 кВ
10	21 кВ	28 кВ
11	23,1 кВ	30,8 кВ
12	25,2 кВ	33,6 кВ
13	27,3 кВ	36,4 кВ
14	29,4 кВ	39,2 кВ
15	31,5 кВ	42 кВ

Как видно из таблицы, самые маленькие устройства на 3 кВт, нагревают воду от 10°C до примерно 50°C всего от 1 до 2 л воды в минуту. Этого мало, учитывая, что потребляется 5 л горячей воды в минуту при использовании раковины или мойки, и около 6 литров – под душем.

Желая наполнить водой большую ванну с гидромассажем, объем 250 литров, водонагревателем мощностью 24 кВт до температуры 50 градусов, нужно ждать около 30 минут. Поток воды будет порядка 8-9 литров в минуту. А вода уже начнет остыть.

Если нужна вода высокой температуры в нескольких точках одновременно, для этого просто не хватит энергии. Использование такого способа подогрева воды не всегда будет комфортно, а иногда даже утомительно.

Используемая мощность прибора тесно связана с щитком электропитания квартиры дома или дачи.

Популярные водонагреватели воды с трехфазным питанием имеют мощность 24 квт. Если к этому мы добавим другие электрические устройства, такие как: освещение, бытовая техника и другие устройства – то потребность в электрической мощности резко повышается.

В случае с однофазным нагревателем от 3 до 6 квт, следует обратить внимание на мощность предохранителя в электрическом щитке.

Ток, протекающий через нагреватель I = P(Мощность прибора) / U(напряжение 230 вольт)

Так что обогреватель мощностью 5000 Ватт потребляет ток мощностью 22,7 Ампер. Следует применить довольно мощный предохранитель 25 А.

Еще один параметр проточных нагревателей. Регулировка температура воды.

Самым простым является гидравлическое регулирование, наиболее часто используется в одноточечных нагревателях. Это означает, что чем больше поток воды, тем ниже температура, и наоборот. Если мощность устройства не велика, как правило, вы не сможете скорректировать температуру.

Более мощные одноточечные обогреватели, имеют дополнительный выбор мощности с помощью переключателя. Но это не решает проблему с постоянной температурой воды для нескольких точек. Если вы принимаете душ, а кто-то использует воду на кухне, то температура воды сразу падает.

Таким образом, вы отрегулировали кран и уменьшили поток воды, чтобы понизить температуру. Тогда как муж или жена заканчивает мыть посуду, и вы получите по спине струей горячей воды.

Нагреватели многоточечные дороже и более продвинутые, как правило, поставляются уже с электронной системой для управления мощностью и струей теплой воды.

Они работают по принципу термостатического вентиля или электронного, включающего отдельные секции нагревателя. В самых современных водонагревателях применяются оба решения.

По мере роста потока воды, система регулирования включает дополнительные разделы нагревателей. Если не хватает мощности, то термостатический клапан ограничивает поток таким образом, чтобы поддерживать заданную температуру.

Электронные системы регулирования позволяют не только точно установить желаемую температуру воды, но и оптимизировать потребление электроэнергии.

Выводы напрашиваются сами.

Если у вас есть:

небольшое количество точек приема горячей воды (1 ванная комната с душем, кухня).
низкая потребность горячей воды (нет большой ванны, пользователей использующих воду одновременно).
достаточной электрической мощности для нагрева воды.

То вы можете выбрать электрический водонагреватель проточного типа.

В противном случае выберите другой способ нагрева воды.

Накопительный водонагреватель

Накопительный водонагреватель, в народе называемый бойлером – нагревает, а затем сохраняет горячую воду. Охлаждению воды в баке предотвращает нагреватель, который управляется термостатом, бак имеет постоянную температуру и теплоизоляцию, которая изготовлена из 2-8 см, пенополиуретана, минеральной ваты или полистирола.

Как работает накопительный водонагреватель?

Водонагреватель работает все время, сохраняя заданную температуру воды. В момент открытия крана, в результате давления водопроводной сети, горячая вода выдавливается наружу из бака.

Водонагреватели безнапорные и напорные

Безнапорные водонагреватели обслуживают одну точку забора воды. Они небольшого объема 5-20 литров. Они устанавливаются над или под мойкой или умывальником. Работают только со специальным клапаном, как правило, продается в комплекте с устройством.

Вода из сети подается через обратный клапан. Закрытие крана прекращает подачу воды в бачок. Он не подвергается давлению из сети. Такие бойлеры подходят для приготовления горячей воды везде, где нужно, если ее мало, но она часто используется. Частое мытье рук, в медицинских кабинетах, офисах, магазинах.

Вода из сети подается непосредственно на нагреватель (в давлении). Откручивания крана вызывает выдавливание воды из прибора, однако после закрытия в нем сохраняется давление равное водопроводной сети.

Баки нагревателей, работающих под давлением, изготовлены из нержавеющей стали, оцинкованной или покрытой слоем эмали. Для защиты бака от коррозии в нем установлен магниевый анод или в более современных баках, титановый анод.

Именно здесь вы можете увидеть разницу в ассортименте отдельных производителей. Кто дает гарантию 2 года, кто 3 года, кто 5 и 7 лет гарантии. Да… 7 лет. Такая гарантия также есть.

Емкости могут быть вертикальными или горизонтальными. Объем может достигать 1000 литров.

С увеличением температуры в накопительном водонагревателе растет давление воды. Превышение допустимого давления (обычно 0,6 Мпа), приведет к разрушению бака, поэтому нагреватели под давлением оснащены клапанами безопасности. В водонагревателях объемом более 100 литров, увеличение давления вызывает появление капель воды из предохранительного клапана. Это нормальное явление. Воду следует сливать в канализацию.

Чтобы избежать протекания воды в водонагревателе большего объема (200-300-500 л) вы можете применить расширительный бак для водоснабжения, который снижает давление, вызванное нагревом воды. Размер расширительного бака определяется на основании давления в водопроводной сети, и от объема водонагревателя и заданной на нем температуры.

Во время использование воды ее температура падает, так как горячая вода смешивается с холодной. Для того чтобы стабилизировать температуру воды можно использовать, термостатический смесительный клапан ГВС, который установлен, например, на 40 градусов. При начальной температуре 60-70 градусов клапан добавляет холодной воды из сети. По мере охлаждения воды, клапан смешивает ее все меньше и меньше. Конечно, если температура воды опустится ниже 40 градусов, то клапан нам не поможет. Поэтому водонагреватель следует выбирать немного большего размера. На дом для одной семьи из 3-4 человек, мы рекомендуем водонагреватель объемом 200-300 литров. Нужный для вас объем бойлера можно выбрать в таблице ниже:

Таблица подбора объема водонагревателя

Сантехника	Раковина	Раковина + умывальник	Душевая	Раковина + умывальник + ванна			Раковина + умывальник + ванна + душевая		Раковина + 2x умывальник + ванна + 2x душ
Количество человек	1	1	1	1	2	3	3	4	4	5
Объем литров	30	75	100	150	150-200	200	200	300	300	500
Дополнительный водонагреватель для удаленных точек отбора / литров	10-15				30		50

Стоит обратить внимание на тот факт, что накопительные водонагреватели не ограничивают нас в потоке. Если объем правильно подобран, то расход 100-200 литров, в течение 10 минут не является проблемой, так как ограничивает нас только давление воды в сети.

Это значит, в несколько раз больший расход воды по сравнению с проточным водонагревателем, зато наполнение 200-300 литровой ванны уже не проблема.

Если емкостный водонагреватель установлен дальше, чем на десяток метров от точек забора воды, стоит подумать о циркуляции горячей воды.

Для постоянной циркуляции горячей воды в систему подключают повышающий циркуляционный насос для ГВС, он закачивает остывшую в трубопроводе остывшую воду обратно в бойлер, тем самым поддерживая заданную температуру в точках забора воды.

Стоит сказать еще несколько слов о потерях тепла, которые мы имеем в накопительных водонагревателях. Потери, конечно, есть, но они измеримы и их можно пересчитать на деньги, а далее на комфорт пользования ГВС. К сожалению, не все производители дают такие данные.

Приведенная ниже таблица показывает ежедневную потерю электричества для накопительных нагревателей Atlantic различных объемов

Объем прибора	Суточная потеря кВт⋅ч/сутки
10 литров	0. 48 кВт⋅ч
15 литров	0.58 кВт⋅ч
30 литров	0.76 кВт⋅ч
50 литров	1.13 кВт⋅ч
75 литров	1.02 кВт⋅ч
80 литров	1.23 кВт⋅ч
100 литров	1.22 кВт⋅ч
150 литров	1.72 кВт⋅ч
200 литров	2.10 кВт⋅ч
300 литров	2.69 кВт⋅ч

Если у вас есть:

несколько точек забора воды (1-2 ванные комнаты с душем и ванной, кухня).
большие потребности воды (на большую ванну несколько человек, использующих воду одновременно).
заботитесь о комфорте.

Выберите электрический емкостный водонагреватель, то есть бойлер.

А как же другие решения? например, водонагреватели газовые?

Об этом в следующей статье…

Как рассчитать потребляемую мощность в кВт для типовых 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 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)

Бак прямоугольный —

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	R-3
Минеральное волокно	Р-3.7
Силикат кальция	R-2
Пенополиуретан с открытыми ячейками	Р-3.6
Пенополиуретан с закрытыми ячейками	R-6
Пена для распыления полиизоцианурата	R-6

Пример:

Резервуар для высоковязкой сырой нефти диаметром 42 ‘x 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

кВтПогрев = [(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

фунтов = 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 Подогрев = [(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 всего = 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 кубический фут в минуту 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 кв. 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 нагрева воды:

У нас 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	x	1 фут³	x	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 посчитайте кВт:

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

Пример газового отопления:

Воздух течет с давлением 187 кубических футов в минуту и давлением 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	x	60 мин	x	0,073 фунта	=	1067,4 фунтов / час
		1 час		фут³

Теперь посчитайте кВт:

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

Процесс нагрева паром — расчет нагрузки

Обычно паровой нагрев используется для

изменения температуры продукта или жидкости
поддержания температуры продукта или жидкости

Преимущество пара заключается в большом количестве тепла энергия, которую можно передать. Энергия, выделяемая при конденсации пара в воду, находится в диапазоне 2000-2250 кДж / кг (в зависимости от давления) — по сравнению с водой с 80-120 кДж / кг (с разницей температур 20-30 ^o С ).

Изменение температуры продукта — нагрев продукта паром

Количество тепла, необходимое для повышения температуры вещества, может быть выражено как:

Q = mc _p dT (1)
где
Q = количество энергии или тепла (кДж)
м = масса вещества (кг)
c _p = удельная теплоемкость вещества (кДж / кг ^o C) — Свойства материалов и теплоемкость обычные материалы
dT = повышение температуры вещества (^o C)

Имперские единицы? — Проверьте конвертер единиц!

Это уравнение можно использовать для определения общего количества тепловой энергии для всего процесса, но оно не принимает во внимание скорость передачи тепла , которая составляет:

количество тепловой энергии, переданной в единицу времени

В приложениях без проточного типа нагревается фиксированная масса или единичная партия продукта. В приложениях проточного типа продукт или жидкость нагревается, когда она постоянно течет по поверхности теплопередачи.

Непоточный или периодический нагрев

В приложениях без проточного типа технологическая жидкость хранится в виде одной партии в резервуаре или емкости. Паровой змеевик или паровая рубашка нагревают жидкость от низкой до высокой температуры.

Средняя скорость теплопередачи для таких приложений может быть выражена как:

P = mc _p dT / t (2)
где
P = средняя скорость теплопередачи или мощность (кВт (кДж / с))
м = масса продукта (кг)
c _p = удельная теплоемкость продукта (кДж / кг.^o C) — Свойства материала и теплоемкость обычные материалы
dT = изменение температуры жидкости (^o C)
t = общее время, в течение которого процесс нагрева происходит (секунды)

Пример — Время, необходимое для нагрева воды с прямым впрыском пара

Время, необходимое для нагрева 75 кг воды (c _p = 4,2 кДж / кг ^o C) от температуры 20 ^o C до 75 ^o C с паром, произведенным из котла мощностью 200 кВт (кДж / с) можно рассчитать, преобразовав уравнение. От 2 до

t = mc _p dT / P

= (75 кг) (4,2 кДж / кг ^o C) ((75 ^o C) — (20 ^o C) ) / (200 кДж / с)

= 86 с

Примечание! — когда пар впрыскивается непосредственно в воду, весь пар конденсируется в воду, и вся энергия пара передается мгновенно.

При нагреве через теплообменник имеет значение коэффициент теплопередачи и разница температур между паром и нагретой жидкостью.Повышение давления пара увеличивает температуру и увеличивает теплопередачу. Время нагрева уменьшено.

Общее потребление пара может увеличиваться — из-за более высоких тепловых потерь или уменьшаться — из-за более короткого времени нагрева, в зависимости от конфигурации реальной системы.

Процессы проточного или непрерывного нагрева

В теплообменниках поток продукта или жидкости непрерывно нагревается.

Преимуществом пара является однородная температура поверхности нагрева, поскольку температура поверхностей нагрева зависит от давления пара.

Средняя теплопередача может быть выражена как

P = c _p dT м / т (3)
где
P = средняя скорость теплопередачи (кВт (кДж / с) ))
м / т = массовый расход продукта (кг / с)
c _p = удельная теплоемкость продукта (кДж / кг. ^o C)

dT = изменение температуры жидкости (^o C)

Расчет количества пара

Если мы знаем скорость теплопередачи — количество пара можно вычислить:

м _с = P / h _e (4)
где
м _с = масса пара (кг / с)
P = расчетная теплопередача (кВт)
ч _e = энергия испарения пара (кДж / кг)

Энергию испарения при различных давлениях пара можно найти в таблице пара с единицами СИ или в таблице Steam с британскими единицами измерения.

Пример — периодический нагрев паром

Количество воды нагревается паром 5 бар (6 бар абс.) от температуры 35 ^o C до 100 ^o C за период 20 минут (1200 секунд) . Масса воды 50 кг, и удельная теплоемкость воды 4,19 кДж / кг. ^o С .

Скорость теплопередачи:

P = (50 кг) (4,19 кДж / кг ^o C) ((100 ^o C) — (35 ^o C)) / (1200 с)
= 11.35 кВт

Количество пара:

м _с = (11,35 кВт) / (2085 кДж / кг)
= 0,0055 кг / с
= 19,6 кг / ч

Пример — Непрерывный нагрев паром

Вода течет с постоянной скоростью 3 л / с нагревается от 10 ^o C до 60 ^o C паром при 8 бар (9 бар абс) .

Расход тепла можно выразить как:

P = (4. 19 кДж / кг. ^o C) ((60 ^o C) — (10 ^o C)) (3 л / с) (1 кг / л)
= 628,5 кВт

Расход пара может можно выразить как:

м _с = (628,5 кВт) / (2030 кДж / кг)
= 0,31 кг / с
= 1115 кг / ч

Изменение температуры и нагрев Вместимость

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Наблюдать за теплопередачей, а также за изменением температуры и массы.
Рассчитать конечную температуру после теплопередачи между двумя объектами.

Одним из основных эффектов теплопередачи является изменение температуры: нагрев увеличивает температуру, а охлаждение снижает ее. Мы предполагаем, что фазового перехода нет и что система не выполняет никаких работ. Эксперименты показывают, что передаваемое тепло зависит от трех факторов: изменения температуры, массы системы, а также вещества и фазы вещества.

Рисунок 1.Тепло Q , передаваемое для изменения температуры, зависит от величины изменения температуры, массы системы, а также от вещества и фазы. (а) Количество переданного тепла прямо пропорционально изменению температуры. Чтобы удвоить изменение температуры массы m, вам нужно добавить в два раза больше тепла. (б) Количество передаваемого тепла также прямо пропорционально массе. Чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в удвоенной массе, вам нужно добавить в два раза больше тепла.(c) Количество передаваемого тепла зависит от вещества и его фазы. Если требуется количество тепла Q , чтобы вызвать изменение температуры Δ T в данной массе меди, потребуется в 10,8 раза больше тепла, чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в той же массе воды, при условии отсутствия фазы. изменение любого вещества.

Зависимость от изменения температуры и массы легко понять. В связи с тем, что (средняя) кинетическая энергия атома или молекулы пропорциональна абсолютной температуре, внутренняя энергия системы пропорциональна абсолютной температуре и количеству атомов или молекул. Благодаря тому, что переданное тепло равно изменению внутренней энергии, тепло пропорционально массе вещества и изменению температуры. Передаваемое тепло также зависит от вещества, так что, например, для повышения температуры требуется меньше тепла, чем для воды. Для одного и того же вещества передаваемое тепло также зависит от фазы (газ, жидкость или твердое тело).

Теплопередача и изменение температуры

Количественная связь между теплопередачей и изменением температуры включает все три фактора: Q = мк Δ T , где Q — символ теплопередачи, м — масса вещества и Δ T — это изменение температуры.Символ c обозначает удельную теплоемкость и зависит от материала и фазы. Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг массы на 1,00 ° C. Удельная теплоемкость c — это свойство вещества; его единица СИ — Дж / (кг К) или Дж / (кг ºC). Напомним, что изменение температуры (Δ T ) одинаково в единицах кельвина и градусов Цельсия. Если теплопередача измеряется в килокалориях, то единица удельной теплоемкости — ккал / (кг ⋅ ºC).

Значения удельной теплоемкости обычно нужно искать в таблицах, потому что нет простого способа их вычислить. Как правило, удельная теплоемкость также зависит от температуры. В таблице 1 приведены типичные значения теплоемкости для различных веществ. За исключением газов, температурная и объемная зависимость удельной теплоемкости большинства веществ слабая. Из этой таблицы видно, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла и в десять раз больше, чем у железа, что означает, что требуется в пять раз больше тепла, чтобы поднять температуру воды на такую же величину, что и у стекла, и в десять раз больше. много тепла для повышения температуры воды, как для утюга.Фактически, вода имеет одну из самых высоких удельной теплоемкости из всех материалов, что важно для поддержания жизни на Земле.

Пример 1. Расчет необходимого тепла: нагрев воды в алюминиевой кастрюле

Алюминиевая кастрюля массой 0,500 кг на плите используется для нагрева 0,250 литра воды с 20,0 ° C до 80,0 ° C. а) Сколько тепла требуется? Какой процент тепла используется для повышения температуры (б) сковороды и (в) воды?

Стратегия

Кастрюля и вода всегда имеют одинаковую температуру.Когда вы ставите кастрюлю на плиту, температура воды и кастрюли увеличивается на одинаковую величину. Мы используем уравнение теплопередачи для данного изменения температуры и массы воды и алюминия. Значения удельной теплоемкости воды и алюминия приведены в таблице 1.

Решение

Поскольку вода находится в тепловом контакте с алюминием, кастрюля и вода имеют одинаковую температуру.

Рассчитать разницу температур:

Δ T = T _f — T _i = 60.0ºC.

Рассчитайте массу воды. Поскольку плотность воды составляет 1000 кг / м ³, один литр воды имеет массу 1 кг, а масса 0,250 литра воды составляет м _w = 0,250 кг.

Рассчитайте тепло, передаваемое воде. Используйте удельную теплоемкость воды в таблице 1:

Q _w = м _w c _w Δ T = (0,250 кг) (4186 Дж / кгºC) (60,0ºC) = 62.8 кДж.

Рассчитайте тепло, передаваемое алюминию. Используйте удельную теплоемкость алюминия в таблице 1:

Q _Al = м _Al c _Al Δ T = (0,500 кг) (900 Дж / кгºC) (60,0ºC) = 27,0 × 10 ⁴ J = 27,0 кДж . <

Сравните процент тепла, поступающего в сковороду, и в воду. Сначала найдите общее переданное тепло:

Q _Итого = Q _w + Q _Al = 62.8 кДж + 27,0 кДж = 89,8 кДж.

Таким образом, количество тепла, идущего на нагревание сковороды, равно

[латекс] \ frac {27.0 \ text {kJ}} {89.8 \ text {kJ}} \ times100 \% = 30.1 \% \\ [/ latex]

, а на подогрев воды —

[латекс] \ frac {62,8 \ text {кДж}} {89,8 \ text {кДж}} \ times100 \% = 69,9 \% \\ [/ latex].

Обсуждение

В этом примере тепло, передаваемое контейнеру, составляет значительную долю от общего переданного тепла. Хотя вес кастрюли вдвое больше, чем у воды, удельная теплоемкость воды более чем в четыре раза больше, чем у алюминия.Следовательно, для достижения заданного изменения температуры воды требуется чуть более чем в два раза больше тепла по сравнению с алюминиевым поддоном.

Пример 2. Расчет повышения температуры в результате работы, проделанной с веществом: перегрев тормозов грузовика на спуске

Рис. 2. Дымящиеся тормоза этого грузовика — видимое свидетельство механического эквивалента тепла.

Тормоза грузовика, используемые для контроля скорости на спуске, работают, преобразуя гравитационную потенциальную энергию в повышенную внутреннюю энергию (более высокую температуру) тормозного материала.Это преобразование предотвращает преобразование гравитационной потенциальной энергии в кинетическую энергию грузовика. Проблема в том, что масса грузовика велика по сравнению с массой тормозного материала, поглощающего энергию, и повышение температуры может происходить слишком быстро, чтобы тепло передавалось от тормозов в окружающую среду.

Рассчитайте повышение температуры 100 кг тормозного материала со средней удельной теплоемкостью 800 Дж / кг ºC, если материал сохраняет 10% энергии от грузовика массой 10 000 кг, спускающегося 75.0 м (при вертикальном перемещении) с постоянной скоростью.