Het verwarmingsprobleem definiëren
- Minimale start- en eindtemperaturen verwacht
- Maximale stroomsnelheid van materiaal(en) die worden verwarmd
- Vereiste tijd voor opstartverwarming en procescyclustijden
- Gewicht en afmetingen van zowel verwarmd materiaal(en) als bevattende vat(en)
- Effecten van isolatie en de thermische eigenschappen ervan
- Elektrische vereisten — spanning
- Temperatuurdetectiemethoden en locatie(s)
- Type temperatuurregelaar
- Type vermogensregelaar
- Elektrische beperkingen
Berekenen van de stroomvereisten
Korte methode
Start Watt = A + C + 2/3L + Veiligheidsfactor
Bedrijfswatt = B + D + L + Veiligheidsfactor
De veiligheidsfactor is normaal 10 procent tot 35 procent op basis van de toepassing.
A = Watt vereist om de temperatuur van materiaal en apparatuur te verhogen tot het bedrijfspunt, binnen de gewenste tijd
B = Watt vereist om de temperatuur van het materiaal tijdens de werkcyclus te verhogen
De vergelijking voor A en B (geabsorbeerd watt voor het verhogen van de temperatuur)
Gewicht van het materiaal (lbs) x Specifieke warmte van het materiaal (°F) x temperatuurstijging (°F)
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Opstart- of cyclustijd (uur) x 3,412
C = Watt vereist om materiaal te smelten of te verdampen tijdens de opstartperiode
D = Watt vereist om materiaal tijdens de werkcyclus te smelten of te verdampen
De vergelijking voor C en D (geabsorbeerd watt voor smelten of verdampen)
Gewicht van materiaal (lbs) x warmte van fusie of verdamping (Btu/lb)
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Opstart- of cyclustijd (uur) x 3,412
L = Watt verloren van oppervlakken door gebruik van geleiding, straling gebruikt warmteverliescurves of convectie gebruikt warmteverliescurves
De vergelijking voor L (Verloren geleide watt)
Thermische geleidbaarheid van materiaal of isolatie (Btu x in./ft 2 x °F x hr) x oppervlakte (ft 2 ) x temperatuurverschil tot omgevingstemperatuur (°F)
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Dikte van materiaal of isolatie (in.) x 3,412
Berekeningen vermogen
Geabsorbeerde energie, warmte die nodig is om de temperatuur van een materiaal te verhogen
Omdat stoffen allemaal anders verwarmen, zijn er verschillende hoeveelheden warmte nodig om de temperatuur te wijzigen. De specifieke warmtecapaciteit van een stof is de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van een eenheidshoeveelheid van de stof met één graad te verhogen. Opnoemen van de hoeveelheid toegevoegde warmte Q, wat een verandering in temperatuur ∆T veroorzaakt aan een gewicht van stof W, bij een specifieke warmte van materiaal Cp, dan Q = b x Cp x ∆T.
Aangezien alle berekeningen in Watt zijn, wordt een extra conversie van 3,412 Btu = 1 W-hr geïntroduceerd.
QA of QB = b x Cp x ∆T
–––––––––
3.412
QA = Warmte vereist om de temperatuur van materialen tijdens het opwarmen te verhogen (Wh)
QB = Vereiste warmte om de temperatuur te verhogen van materialen die in de werkcyclus worden verwerkt (Wh)
w = Gewicht van het materiaal (lb)
Cp = Specifieke materiaalwarmte (Btu/Ib x °F)
∆T = Temperatuurstijging van materiaal (T Definitief - TInitiaal )(°F)
Vereiste warmte om een materiaal te smelten of te verdampen
De warmte die nodig is om het materiaal te smelten staat bekend als de latente warmte van fusie en wordt vertegenwoordigd door Hf . Een andere statusverandering is betrokken bij verdamping en condensatie. De latente warmte van verdamping Hv van de stof is de energie die nodig is om een stof van een vloeistof in een damp te veranderen. Dezezelfde hoeveelheid energie komt vrij als de damp terug condenseert in een vloeistof.
QC of QD = b x Hf of v
–––––
3.412
QC = Warmte vereist om materialen te smelten/dampen tijdens het opwarmen (Wh)
QD = Warmte vereist om materialen te smelten/verdampen verwerkt in de werkcyclus (Wh)
w = Gewicht van het materiaal (lb)
Hf = Latente fusiewarmte (Btu/Ib)
Hv = Latente verdampingswarmte (Btu/lb)
Geleidingswarmteverlies
Warmteoverdracht via geleiding is de contactuitwisseling van warmte van het ene lichaam bij een hogere temperatuur naar het andere lichaam bij een lagere temperatuur, of tussen delen van hetzelfde lichaam bij verschillende temperaturen.
QL1 = k x A x ∆T x te[1]
––––––––––
3,412 x L
QL1= Geleidingswarmteverlies (Wh)
k = Thermische geleidbaarheid (Btu x in./ft 2 x °F x uur)
A = Oppervlakte warmteoverdracht (ft 2 )
L = Dikte van het materiaal (in.)
∆T = Temperatuurverschil tussen materialen (T 2 -T 1 )°F
Verlies van convectiewarmte
Convectie is een speciaal geval van geleiding. Convectie wordt gedefinieerd als de overdracht van warmte uit een gebied met hoge temperatuur in een gas of vloeistofals gevolg van de beweging van de massa's van de vloeistof.
QL2 = A • FSL • CF
QL2= Verlies van convectiewarmte (Wh)
A= Oppervlakte (in2)
FSL = Vertical Surface Convection Loss Factor (W/in2) geëvalueerd bij oppervlaktetemperatuur
CF= Oriëntatiefactor oppervlak: Het verwarmde oppervlak is horizontaal (1,29), Verticaal (1,00), Het verwarmde oppervlak is horizontaal (0,63)
Warmteverlies door straling
Stralingsverliezen zijn niet afhankelijk van de oriëntatie van het oppervlak. Emissiviteit wordt gebruikt om zich aan te passen aan het vermogen’van een materiaal om warmte-energie uit te stralen.
QL3 = A x FSL x e
QL3 = Warmteverlies door straling (Wh)
A = Oppervlakte (in2)
FSL = Blackbody-stralingsverliesfactor bij oppervlaktetemperatuur (W/in2)
e = Correctiefactor voor emissiviteit van het materiaaloppervlak
Gecombineerde warmteverliezen door convectie en straling
Als alleen de convectiecomponent nodig is, moet de stralingscomponent afzonderlijk worden bepaald en van de gecombineerde curve worden afgetrokken.
QL4 = A x FSL
QL4 = Oppervlaktewarmteverlies gecombineerd convectie en straling (Wh)
A = Oppervlakte (in 2 )
FSL = gecombineerde oppervlakteverliesfactor bij oppervlaktetemperatuur (W/in 2 )
Totaal warmteverlies
De totale geleiding, convectie en stralingswarmteverliezen worden samengeteld om alle verliezen in de vermogensvergelijkingen mogelijk te maken.
QL = QL1+ QL2 + QL3 Als convectie- en stralingsverliezen afzonderlijk worden berekend. (Oppervlakken zijn niet uniform geïsoleerd en verliezen moeten afzonderlijk worden berekend.)
OF
QL = QL1+ QL4 Als gecombineerde stralings- en convectiecurves worden gebruikt. (Pijpen, kanalen, uniform geïsoleerde lichamen.)
Evaluatie van vermogen
Na het berekenen van de opstart- en bedrijfsvermogenseisen moet een vergelijking worden gemaakt en verschillende opties worden geëvalueerd.
In Referentie 1 worden de opstart- en werkingswatts weergegeven, in een grafisch formaat, om u te helpen zien hoe de stroomvereisten toenemen. Met dit grafische hulpmiddel in gedachten zijn de volgende evaluaties mogelijk:
Vergelijk het opstartvermogen met het bedrijfsvermogen.
Evalueer de effecten van het verlengen van de opstarttijd zodanig dat het opstartwatt gelijk is aan het bedrijfswatt (gebruik de timer om het systeem vóór de dienst te starten).
Erken dat er meer verwarmingscapaciteit bestaat dan er wordt gebruikt. (Een vereiste voor een korte opstarttijd heeft meer wattage nodig dan het proces in wattage.)
Identificeer waar de meeste energie naartoe gaat en herontwerp of voeg isolatie toe om de wattagevereisten te verminderen.
Na het gehele systeem te hebben overwogen, moeten de opstarttijd, productiecapaciteit en isolatiemethoden worden beoordeeld. Zodra u de vereiste warmte hebt, moet u rekening houden met de toepassingsfactoren van uw verwarming.