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 кв 1/с или 1/ч, то мощность потерь воздухообмена определяется:
, Вт кв =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