Liu Xianglai QQ584680928
Departamento: Departamento de Ingeniería de Información Electrónica, Mecánica y Eléctrica 051 Instructor: Fan Jianhong
Resumen
Se presentó el desarrollo de la tecnología de limpieza extranjera y la situación actual de la industria de máquinas de limpieza nacionales, y se señaló la brecha entre la tecnología de limpieza nacional y la de los países extranjeros y los problemas a los que se debe prestar atención. El calentador de agua eléctrico inteligente está controlado por un microcontrolador PIC16C72. Su principal función de control no es solo el control habitual de calefacción y protección, sino también una fuerte inteligencia, que incluye ajustar automáticamente la proporción de mezcla de agua fría y caliente de acuerdo con la temperatura establecida por el usuario y proporcionar una temperatura constante. Al mismo tiempo, se presenta la estructura del sistema y el diseño de hardware y software. Se presenta la apariencia del producto y el diseño del circuito electrónico, incluido el circuito de alarma y el circuito de retardo, el termistor PTC y sus ventajas.
Palabras clave: Estado actual de la máquina de limpieza de microcomputadora de un solo chip del calentador de agua eléctrico inteligente Termistor de circuito de alarma de microcomputadora de un solo chip del calentador de agua eléctrico inteligente
1 Introducción
1.1 Antecedentes del proyecto e importancia de la investigación
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La industria de la limpieza surgió y se desarrolló con el proceso de industrialización y modernización y las necesidades de producción social. Todos los sectores industriales tienen alguna forma de limpieza, pero diferentes sectores tienen diferentes niveles de énfasis, dependencia y desarrollo de aplicaciones. La limpieza industrial es de gran importancia: es un medio necesario para restaurar la capacidad de producción del equipo y garantizar que el funcionamiento continuo de alta carga del equipo de limpieza pueda extender de manera efectiva la vida útil del equipo de limpieza, lo que favorece el ahorro de energía y la reducción del consumo; la cantidad de agua de refrigeración; la limpieza del equipo es un factor importante para reducir de manera efectiva los accidentes de seguridad. En resumen, tiene el propósito de ahorrar energía, reducir el consumo, ahorrar agua, seguridad, producción estable, mejorar la calidad del producto, acelerar la producción, extender la vida útil de los equipos, reducir la contaminación ambiental, lograr una apariencia hermosa y la salud humana. Para el desarrollo de la industria de protección ambiental de mi país, es absolutamente necesario desarrollar un "sistema de limpieza y secado por ultrasonidos al vacío de hidrocarburos". Se están construyendo nuevas fábricas y líneas de producción en toda China, y gradualmente se está convirtiendo en la "fábrica de procesamiento del mundo". La enorme demanda del mercado ofrece oportunidades de rápido desarrollo para los fabricantes de equipos de limpieza industrial y los proveedores de producción de agentes de limpieza profesionales. En vista de las buenas perspectivas de mercado de este producto y el fuerte apoyo del país, creo que la inversión en este proyecto puede traer enormes beneficios económicos y sociales. Es muy necesario realizar investigaciones sobre la tecnología de separación de líquidos de limpieza industrial. En la actualidad, la mayoría de las fábricas nacionales utilizan máquinas de limpieza automática, especialmente máquinas de limpieza de análisis bioquímicos totalmente automáticas de Hitachi. Porque este instrumento detecta rápidamente. La precisión es buena. Muy popular entre las fábricas. Sin embargo, las máquinas de limpieza son caras y complejas de utilizar. En cuanto a las máquinas de limpieza doméstica, el efecto de limpieza doméstica es deficiente o la máquina se corroerá en unos días. Todavía existe una cierta distancia entre las máquinas de limpieza nacionales y las máquinas de limpieza extranjeras para reducir costes. Es de gran importancia desarrollar un líquido limpiador que pueda usarse para la separación automática por calentamiento. Referencias [27] [28]
1.2 El propósito de este tema es estudiar la tecnología de separación de fluidos de limpieza industriales. Los principales contenidos del trabajo son los siguientes: (1) Destilación por enfriamiento y calentamiento de agentes de limpieza y. el diseño y fabricación de sistemas automáticos de recuperación de agentes de limpieza.
(2) Proceso de filtración, precipitación, descarga de escoria, destilación, control de temperatura, reposición de líquidos y circulación interna de agentes limpiadores. Sistema de calefacción de aceite térmico, refrigeración, sensor de nivel/temperatura de líquido, separador de agua y aceite, sistema de control automático PLC y sistema de control automático de nivel/temperatura/presión de líquido.
(3) Incrementar las medidas a prueba de explosiones. Evite que la explosión del líquido del instrumento cause lesiones accidentales al personal.
(4) Selección de materias primas de fluidos de limpieza. .
(5) Objetivos de la investigación: Investigación sobre tecnología de separación de líquidos de limpieza industrial.
1.3 Requisitos básicos y proceso general del diseño de este proyecto
(1) Bajo la premisa de cumplir con las funciones esperadas, debe tener buen desempeño, alta eficiencia y bajo costo. Seguro y confiable. Fácil de operar. Fácil de mantener.
(2) Determine el principio de funcionamiento del calentador y elija un mecanismo apropiado. Elaborar un plan de diseño; realizar el cálculo de potencia y el diseño general de cada mecanismo de funcionamiento del calentador.
(3) Cómo mejorar la seguridad del sistema. El tanque de agua no se puede calentar directamente. Para evitar explosiones de aceite y agua causadas por el calentamiento directo, también se debe seleccionar el material del tanque de agua y la potencia del cable del horno eléctrico de manera adecuada. Qué tipo de alambre de horno elegir como material, etc.
(4) Diseñar el tamaño del contenedor del tanque de agua.
Además de la determinación del contenido de agua, el contenido de alcohol, el contenido de aceite y el contenido de queroseno en el líquido mezclado, así como el cálculo de cuánto tiempo se tarda en calentar para volatilizar completamente el agua, el alcohol, el aceite y el queroseno, y cuánto calor genera el cable de la estufa eléctrica durante este tiempo. ¿Cuánto calor consume el aire? Y cuanto calor quita el vapor, etc.
2 Selección de calentadores
2.1 Descripción general
Los calentadores de alambre calefactor eléctrico son los calentadores más antiguos y comunes entre los calentadores eléctricos, como los que se utilizan en los laboratorios. Estufas, hornos eléctricos, criaderos a temperatura constante, casquillos eléctricos y otros calentadores eléctricos domésticos, como hornos de pan, secadores de pelo, soldadores, etc. Tiene las características de una estructura simple y un conveniente control de temperatura de la incubadora de calefacción. El termistor PTC es una resistencia semiconductora típica sensible a la temperatura. Cuando supera una determinada temperatura (temperatura de Curie), su valor de resistencia aumenta paso a paso a medida que aumenta la temperatura. Su resistencia aumenta gradualmente a medida que aumenta la temperatura. Las resistencias a menudo se queman debido al calor excesivo generado por la resistencia. Por lo tanto, al seleccionar una resistencia, se debe considerar evitar que la temperatura sea demasiado alta. Este proyecto utiliza un termistor PTC como elemento calefactor. Porque el termistor PTC no solo sirve como elemento calefactor, sino que también tiene la función de mantener la temperatura dentro de un rango específico, también funciona como interruptor y también puede proteger los aparatos eléctricos del sobrecalentamiento. .
2.2 Principio de funcionamiento del calentador de alambre calefactor eléctrico con termistor PTC
El calentador eléctrico se basa en el principio de generar calor mediante calentamiento resistivo. Después de energizar el tubo calefactor eléctrico, de acuerdo con la ley de Joule Q = I2Rt, el tubo calefactor eléctrico genera calor y el calor se transfiere al agua en el tanque de agua a través del medio, lo que hace que el agua se convierta en vapor o la temperatura en el agua alcanza el punto de volatilización del aceite, provocando que el aceite se volatilice. El termistor PTC no sólo sirve como elemento calefactor, sino también como "interruptor". Tiene tres funciones: elemento sensible, calentador e interruptor, que se denomina "interruptor de termistor". Como se muestra en las Figuras 1 y 2, cuando la corriente pasa a través del elemento termistor, el cable de resistencia genera calor, lo que hace que la temperatura aumente, es decir, aumenta la temperatura del elemento calefactor. Cuando se excede la temperatura del punto Curie, la resistencia aumenta, lo que limita el aumento de la corriente, por lo que la disminución de la corriente hace que la temperatura del componente disminuya. La reducción del valor de resistencia aumenta la corriente del circuito y la temperatura del componente aumenta repetidamente. Por lo tanto, tiene la función de mantener la temperatura dentro de un rango específico y también actúa como un interruptor. Esta característica de resistencia a la temperatura se utiliza para fabricar una fuente de calor, que puede usarse como elemento calefactor para calentadores, soldadores, secadoras de ropa, aires acondicionados, etc. Y también puede proteger los aparatos eléctricos del sobrecalentamiento.
El principio de calentamiento del calentador por termistor PTC: el calentador calienta según la ley de Joule-Lenz Q=I2Rt, y la temperatura de calentamiento oscila entre unos pocos cientos y más de mil grados Celsius. El calor irradiado (disipado) Q1 aumenta a medida que aumenta la temperatura, es decir:
Q 1 = Q-Q2 = I2Rt-[Cm(T-T0)+Cm(T 1-T0)]
En la fórmula, Q es el calor total proporcionado por la energía eléctrica, Q2 es la capacidad calorífica del cable calefactor y el medio, C es la relación del cable calefactor y C0 es la capacidad calorífica específica del medio. m es la masa del cable calefactor, m0 es la masa del medio, T0 es la temperatura ambiente, T es la temperatura de calentamiento del cable calefactor y T1 es la temperatura del medio. T aumenta con el tiempo cuando se aplica energía por primera vez. Cuando la energía proporcionada por la electricidad y la energía perdida alcanzan un equilibrio dinámico, la temperatura de calentamiento T del cable calefactor eléctrico es estable. Cuando la energía disipada alcanza el equilibrio dinámico, la temperatura de calentamiento t del cable calefactor eléctrico es estable. Referencia [29]
Figura 1 Diagrama del principio de protección directa Figura 2 Diagrama del principio de protección indirecta
2.3 Estructura del calentador de alambre eléctrico
2.3.1 Material del alambre de resistencia selección
Los calentadores generalmente utilizan alambre de aleación de níquel-cromo como calentador porque este material tiene las características de alta resistividad y alta temperatura de punto de fusión. Para disipar más calor por unidad de área y lograr una temperatura más alta, el cable calefactor eléctrico se enrolla en espiral sobre un medio aislante de cerámica o mica resistente a altas temperaturas. La fuente de alimentación generalmente está conectada con tornillos y tuercas de hierro como se muestra en la Figura 3 y la Figura 4 a continuación. Los contactos tienen de dos a diez contactos según el calentador.
2.3 Estructura del calentador de alambre calefactor eléctrico
2.3.1 Selección del material del alambre de resistencia
Los calentadores generalmente utilizan alambre de aleación de níquel-cromo como calentador, porque este El material tiene las características de alta resistividad y alta temperatura de punto de fusión. Para disipar más calor por unidad de área y lograr una temperatura más alta, el cable calefactor eléctrico se enrolla en espiral sobre un medio aislante de cerámica o mica resistente a altas temperaturas. La fuente de alimentación generalmente está conectada con tornillos y tuercas de hierro como se muestra en la Figura 3 y la Figura 4 a continuación. Los contactos tienen de dos a diez contactos según el calentador.
Figura 3 Cable calefactor en espiral
Figura 4 Esquema de conexión de tornillos y tuercas de hierro
2.3.2 Tubo calefactor serie t
Este La serie * * * tiene tres formas de tubos calefactores, que se pueden enchufar y desenchufar fácilmente del enchufe del tubo calefactor, tal como se enchufa y desenchufa una bombilla, como se muestra en la Figura 5 a continuación. Los tubos calefactores de la serie T son adecuados para diferentes condiciones de uso.
La figura 5 es un diagrama esquemático del aspecto de dos tubos calefactores.
T1 se utiliza para calentar agua en tazas pequeñas y se caracteriza por la baja potencia del tubo. Su proyección horizontal es circular y su área es unos 5 cm menor. Así se puede introducir fácilmente en tazas de diferentes diámetros y alturas. T2 es un tubo calefactor de "calentamiento rápido" que se utiliza para calentar agua profunda o teteras. Crece hasta formar una tira y tiene una sola ranura. Se utiliza para fijar el tubo calefactor en el casquillo para que entre en contacto con la placa metálica del asiento. .Asegúrese de que el circuito esté abierto.
El T3 se utiliza para calentar agua en recipientes de gran sección transversal y gran capacidad, pero elevados. Por ejemplo, para un recipiente grande con agua, usar T1 llevará más tiempo y no logrará el propósito de calentamiento rápido. T2 no puede garantizar que el tubo de calentamiento esté completamente extendido dentro del líquido. Entonces, según T1, su diámetro se ha ampliado 5 veces y su profundidad se ha aumentado a 20 cm.
Por lo tanto, el sistema utiliza tubos calefactores de la serie T3.
2.3.3 Casquillo para tubo calefactor
Se utiliza para conectar tubos calefactores y sondas de temperatura, como por ejemplo casquillos para bombillas. Después de insertar el tubo calefactor, se sujeta y se contacta con los contactos metálicos del enchufe y se enciende el circuito de alimentación. Cuando llega el momento de reemplazar el tubo calefactor, es tan fácil como reemplazar una bombilla. En el casquillo del tubo calefactor también se encuentra un componente importante: la sonda de temperatura. Cuando necesite medir la temperatura, desenrosque la sonda y conecte el circuito de medición para medir; cuando no necesite medir, atornille la sonda en la ranura del enchufe, desconecte el circuito de medición, detenga el circuito de calefacción y proteja el sonda de corrosión.
La sonda de temperatura
está compuesta principalmente por el termistor RT. Para proteger el termistor, se coloca en la caja de fusibles. El propósito de la caja de fusibles es evitar que entre agua en los contactos del termistor y corroa la sonda. Si decide no utilizar la función de alarma, toda la sonda debe atornillarse en la ranura del casquillo del tubo calefactor.
2 2.4 Características de los tubos calefactores eléctricos
(1) Rendimiento estable y fiable. El tubo calefactor eléctrico adopta un diseño de potencia media y alta densidad, lo que prolonga en gran medida la vida útil del tubo calefactor eléctrico. Fabricado en acero inoxidable 316 o superior, resistente a la corrosión, lavable y de larga vida útil.
(2) El removedor de descontaminación de la superficie del agua (espuma) con una carga de trabajo de mantenimiento mínima elimina las impurezas minerales que flotan en la superficie del agua y elimina la suciedad de la superficie al máximo. El tanque de agua está equipado con una válvula solenoide especial para controlar periódicamente el drenaje, lo que puede eliminar por completo los minerales precipitados y las impurezas.
(3) La expansión y contracción térmica repetida hacen que las incrustaciones del tanque de agua se caigan continuamente.
(4) Un diseño estructural más optimizado facilita el uso de herramientas comunes para inspección y mantenimiento.
(5) Diseño de circuito de seguridad: protección de circuito de tres niveles: protección contra cortocircuitos, sobrecorriente y fugas, liberando a los usuarios de preocupaciones.
(6) Diseño anti-quema seca: cuando la temperatura de calentamiento del elemento calefactor eléctrico excede el límite que el elemento calefactor eléctrico puede soportar, el suministro de energía del elemento calefactor eléctrico se corta automáticamente para proteger que el elemento calefactor eléctrico se queme.
(7) Diseño especial de aislamiento térmico: adaptarse a diversos entornos de trabajo y minimizar la pérdida de energía.
2.5 Tres modos de control
(1) Control de interruptor: abrir (cerrar) al recibir una señal para controlar con precisión la temperatura.
(2) Control proporcional de tiempo (PID): según los cambios en las condiciones de trabajo reales, el algoritmo PID de lógica difusa se utiliza para corregir automáticamente los parámetros y ajustar la potencia variable para lograr la mejor temperatura y el estado de ahorro de energía. .
(3) Control proporcional: el módulo de control inteligente (SCR) se utiliza para cortar la potencia de salida del ángulo de fase y el controlador calcula con precisión la señal de control de salida para que la salida funcional corresponda linealmente a la señal de control. . La precisión del control puede estar dentro de RH 65438 ± 0%.
2.6 Parámetros de diseño importantes y curvas de rendimiento
Las siguientes son algunas curvas de rendimiento utilizadas a menudo en los cálculos de calefacción eléctrica, que son muy útiles para nuestro diseño.
2.6.1 Características de resistencia-temperatura
Las características de resistencia-temperatura generalmente se denominan características de resistencia-temperatura, que se refieren a la resistencia de potencia cero y la temperatura de resistencia del termistor PTC bajo una voltaje especificado. La resistencia de potencia cero significa que cuando se mide el valor del termistor PTC a una determinada temperatura, el consumo de energía agregado al termistor PTC es muy bajo, por lo que se puede ignorar el cambio de resistencia del termistor PTC causado por su consumo de energía.
La resistencia nominal de potencia cero se refiere a la resistencia de potencia cero medida cuando la temperatura ambiente es de 25 °C.
lgR(ω)
25 Tmin Tc T(℃)
Figura 6 Curva característica resistencia-temperatura
Cuando la tensión Vk es corriente de funcionamiento aplicada de Ik
Corriente residual cuando se aplica la tensión Vmax a Ir
tensión de funcionamiento máxima Vmax
tensión nominal
ruptura VD voltaje
2.6.2 Características voltamperios (características voltamperios)
Las características voltaje-corriente, denominadas características voltamperios, representan la relación entre voltaje y corriente cuando el El termistor PTC y la carga eléctrica alcanzan el equilibrio térmico.
I (A)
Dinámica inversa
Vmax VD V
Figura 7 Curva característica del amperaje de tensión
Corriente de funcionamiento de Ik cuando se aplica el voltaje Vk
Corriente residual de Ir cuando se aplica el voltaje Vmax
Tensión de funcionamiento máxima Vmax
Tensión nominal
Tensión de ruptura VD
Las características voltamperaje del termistor PTC se pueden dividir aproximadamente en tres áreas: el área entre 0 y 0 Vk se llama área lineal, donde la relación entre voltaje y corriente es Básicamente, de acuerdo con la ley de Ohm, no hay cambios no lineales obvios, también conocidos como zonas de no acción. El área entre VK y Vk-Vmax se llama área de salto. En este momento, debido al autocalentamiento del termistor PTC, a medida que aumenta el voltaje, el valor de resistencia salta y la corriente disminuye, por lo que esta área también se llama área de acción. El área por encima de VD se llama zona de ruptura. La corriente aquí aumenta a medida que aumenta el voltaje y la resistencia del termistor PTC disminuye exponencialmente. Por lo tanto, cuanto mayor es el voltaje, mayor es la corriente y mayor es la temperatura del termistor PTC. , cuanto menor sea el valor de resistencia, más rápido se producirá una ruptura térmica del termistor PTC. Las características de voltios-amperios son características de referencia importantes para los termistores PTC de protección contra sobrecargas.
2.6.3 Características de corriente-tiempo (características I-t)
Las características de corriente-tiempo se refieren a las características de la corriente que cambia con el tiempo durante la aplicación de voltaje al termistor PTC. La corriente en el momento de la energización se llama corriente inicial y la corriente en el equilibrio térmico se llama corriente residual.
Curva característica de corriente-tiempo de la Figura 8
A una determinada temperatura ambiente, se aplica una corriente inicial (que se garantiza que es una corriente de funcionamiento) al termistor PTC y el tiempo de funcionamiento es determinado por el PTC térmico El tiempo para que la corriente de la resistencia sensible disminuya al 50% de la corriente inicial. La característica de tiempo actual es una característica de referencia importante para los termistores PTC de desmagnetización automática, los termistores PTC de arranque retardado y los termistores PTC de protección contra sobrecarga. Referencias [25][26]
Parámetros relacionados con los efectos térmicos
(1) Coeficiente de disipación δ: la relación entre el cambio en el consumo de energía en la resistencia y el correspondiente cambio de temperatura de el componente se llama coeficiente de disipación y su unidad es W/°C. El coeficiente de disipación es un parámetro que caracteriza la capacidad de intercambio de calor entre la resistencia y el medio circundante. También es uno de los parámetros más importantes en la aplicación de componentes PTC. Bajo la premisa de que la fórmula del material y el proceso son ciertos, la temperatura de Curie y la relación elevación-resistencia del PTC en sí se mantienen básicamente sin cambios, mientras que otros parámetros de rendimiento del dispositivo PTC están determinados por su estructura, carcasa y condiciones de disipación de calor. El coeficiente de disipación es la expresión combinada de estas condiciones. Por lo tanto, el tiempo de funcionamiento y las características de recuperación de los componentes PTC están relacionados con el coeficiente de disipación. Para los componentes de calefacción de alta potencia, el coeficiente de disipación de calor es más importante y afecta directamente la potencia de salida.
Cuando se aplica voltaje a través del termistor PTC, debido al consumo de energía. La temperatura de la resistencia aumenta gradualmente y al mismo tiempo disipa el calor al medio circundante, hasta que la temperatura de la resistencia alcanza un nivel estable, momento en el cual toda la energía consumida se difunde en el medio. La relación entre el cambio en el consumo de energía de la resistencia ΔP y el cambio de temperatura de la resistencia ΔT es el coeficiente de disipación δ.
El coeficiente de disipación de calor es muy importante para el diseño estructural de diversos dispositivos de calefacción. Siempre que se modifique ligeramente la estructura del dispositivo, los parámetros eléctricos se pueden mejorar considerablemente. Sin embargo, muchos ingenieros han estado preocupados por la investigación sobre materiales y fórmulas de PTC durante mucho tiempo, lo cual es muy lamentable.
(2) Constante de tiempo térmica ε: Este parámetro es muy importante cuando hay un sensor de temperatura en el sistema. La constante de tiempo térmica se define como: en condiciones de potencia cero, cuando la temperatura ambiente cambia repentinamente, el cambio de temperatura de la resistencia es el 63% de su diferencia de temperatura inicial. 2% del tiempo requerido, representado por ε.
(3) Capacidad calorífica C: El calor necesario para aumentar la temperatura de la resistencia en 1°C se llama capacidad calorífica, la unidad es J/°C, C =εδ.
(4) Condiciones de transferencia de calor: Hay una diferencia de temperatura. Calor: La cantidad de calor absorbido o liberado por un objeto durante la transferencia de calor.
Hay tres formas de transferencia de calor: conducción (el calor se transfiere a lo largo de un objeto), convección (el calor se logra a través del flujo de un líquido o gas) y radiación (el calor se emite directamente desde una fuente de alta temperatura). -objeto de temperatura).
(5) Vaporización: Fenómeno por el que la materia cambia del estado líquido al gaseoso. Método: evaporación y ebullición, la evaporación debe absorber calor.
Los factores que afectan la tasa de evaporación son: ① temperatura del líquido, ② área de superficie del líquido, ③ caudal de aire en la superficie del líquido. La evaporación tiene un efecto refrescante.
(6) Capacidad calorífica específica c: unidad de masa de la sustancia, temperatura
El calor absorbido cuando la temperatura aumenta en 65438 ± 0 ℃ se denomina capacidad calorífica específica de la sustancia. La capacidad calorífica específica es una de las características de una sustancia y su unidad es J/(kg°C). El agua tiene la mayor capacidad calorífica específica entre las sustancias comunes. c agua = 4,2×103J/(kg·℃) Significado físico: Significa que la masa es 1 kg y el calor absorbido por el aumento de temperatura de 1℃ es 4,2×103J.
(7) Cálculo del calor: q-descarga = cm⊿t-gota q-inhalación = cm⊿t-litro. q es directamente proporcional a c, m y ⊿t, e inversamente proporcional a c, m y ⊿t
(8) Fórmula de definición de energía eléctrica: P=W/t Fórmula común: P=UI W= Uit Q fuerza de succión = cm δ t . Referencia [21]
2.7 Diseño y cálculo de calentador eléctrico
2.7.1 Los pasos de diseño térmico de un calentador eléctrico generalmente se llevan a cabo en el siguientes cuatro pasos:
(1) Calcular la potencia y el tiempo necesarios para calentar desde la temperatura inicial hasta la temperatura establecida.
(2) Bajo la premisa de mantener la temperatura del medio sin cambios, calcule la potencia real requerida para mantener la temperatura.
(3) Pérdida de calor del equipo y de su aire.
(4) Según los dos resultados de cálculo anteriores, seleccione el tipo y la cantidad de calentadores. La potencia total es la máxima de las dos potencias anteriores, teniendo en cuenta el factor 1,2.
Cálculo del calor
(1) Potencia necesaria para el calentamiento inicial
kw = (c 1m 1△t+C2 m2△t)÷864/p + p/2 donde C1C2 es el calor específico del recipiente y del medio (Kcal/Kg℃) respectivamente.
M1M2 son las masas del recipiente y del medio (Kg) respectivamente.
ΔT es la diferencia entre la temperatura requerida y la temperatura inicial (℃)
h es el tiempo necesario para calentar la temperatura inicial a la temperatura establecida (h) P es la temperatura final temperatura del recipiente Disipación de calor en condiciones (Kw)
(2) Potencia necesaria para mantener constante la temperatura del medio
KW=C2M3△T/864+P
En la fórmula: Agregar M3 kg/h de medio de cultivo cada hora.
(3) Potencia necesaria para mantener constante la temperatura del medio
KW=C2M3△T/864+P
En la fórmula: M3 añadido al medio cada hora kg/h.
(4) Las características físicas del termistor se expresan mediante los siguientes parámetros: valor de resistencia, valor B,
①Valor de resistencia: RT (kω)
Térmica La resistencia del resistor sensible tiene una relación exponencial con la temperatura, la cual se puede expresar aproximadamente como:
①
Donde: R2: resistencia (kω) cuando la temperatura absoluta es T2 (K)
R1: Resistencia (kω) a temperatura absoluta T1 (K).
B: valor b (k) dentro del rango de temperatura (t1-t2).
Figura 9 Curvas de selección de densidad de potencia para calentamiento de aire, gas, agua y vapor (la carcasa del tubo de calentamiento eléctrico es de acero inoxidable, resistente al calor 10000C).
②: valor b (k)
El valor de b está determinado por la energía de activación de conductancia del termistor. La energía de activación de conductancia es un parámetro que refleja la velocidad de la resistencia. cambio del termistor con la temperatura, la expresión es:
②
Donde: b: valor B (k) dentro del rango de temperatura (t1-t2).
R1: Resistencia (kω) a temperatura absoluta T1 (K).
R2: Resistencia (kω) cuando la temperatura absoluta es T2 (K)
(5) Análisis teórico del método de cálculo de la pérdida de calor de los equipos de calefacción Según la teoría del calor transferencia, la superficie del equipo de calefacción. La pérdida total de calor Q se puede calcular mediante la siguiente fórmula.
Q=qpj? S(1)
Donde s es la superficie total de disipación de calor del equipo, m2.
Qpj——Flujo de calor medio total, W/m2.
Por tanto, la cuestión fundamental aquí es cómo obtener el valor del flujo de calor medio global qpj. Teóricamente, existen tres métodos para calcular la densidad promedio total del flujo de calor: método de prueba de flujo de calor, método de transferencia de calor conductivo y método de transferencia de calor por convección.
a Método de prueba de flujo de calor: el método de prueba de flujo de calor se refiere al uso de un medidor de flujo de calor para medir directamente los valores del flujo de calor en diferentes partes de la superficie del equipo o en diferentes áreas de temperatura, y luego tomar el valor medio como resultado final. Dado que algunos dispositivos en la ingeniería real tienen muchas partes que no pueden ser detectadas por los medidores de flujo de calor y los resultados de la detección son muy unilaterales, la precisión de este método no es alta y solo es adecuado para una estimación aproximada en el sitio. Por tanto, este sistema no lo utiliza.
bEl método de cálculo de la transferencia de calor por conductividad térmica se basa en la ley de conductividad térmica de Fourier, y el valor del flujo de calor se calcula cuando se conocen la temperatura de las paredes interior y exterior y la resistencia térmica de la capa aislante ( se puede ignorar la resistencia térmica de la pared de acero del equipo). La fórmula de cálculo es
③
(3) donde qi——es el flujo de calor local, W/m2.
δI——Espesor convertido de la capa de aislamiento local, m
λ——Coeficiente de conductividad térmica del material de aislamiento, W/m? ℃
TM——La temperatura de la pared interior del tanque de agua, ℃
Tbi——La temperatura de la pared exterior del tanque de agua, ℃.
Aquí, creemos que la distribución desigual del campo de temperatura en la superficie exterior del equipo se debe al daño de la capa aislante, lo que resulta en una reducción de la resistencia térmica (λ/δi). En circunstancias normales, la conductividad térmica del material permanece básicamente sin cambios, por lo que teóricamente se puede considerar que la razón de la reducción de la resistencia térmica es el daño y el adelgazamiento de la capa aislante. Pero, de hecho, la capa aislante no se adelgaza uniformemente, sino que se destruye en diversas condiciones locales. En este caso, para expresar el grado de daño sólo se utiliza el espesor convertido de la capa aislante. El valor de δI se prueba mediante el flujo de calor local y luego se calcula utilizando la fórmula (2). El flujo de calor promedio general es
④
⑤
⑥
es decir, el valor promedio del flujo de calor local ponderado por el área local Si.
La precisión de este método se ve muy afectada porque requiere pruebas de flujo de calor local para calcular δi. Y el cálculo es complicado, por lo que este sistema no utiliza esta solución.
Método de transferencia de calor por convección
El método de transferencia de calor por convección se basa en la transferencia de calor por convección natural entre la superficie exterior del equipo y el espacio circundante. Cuando se conocen la temperatura de la superficie externa tbi del equipo, la temperatura ambiente t0 y la velocidad del flujo de aire v, el flujo de calor promedio total qpj se puede calcular mediante la fórmula (3) y la siguiente fórmula.
⑦
En la fórmula, α es el coeficiente de transferencia de calor por convección entre la superficie exterior del equipo y el ambiente, W/m2.
Para equipos como tanques de agua del sistema secundario, utilice la siguiente fórmula (4)
⑧
Sustituya la fórmula ⑧ en la fórmula ⑧ y obtenga ⑨ una vez completada .
A través de la prueba de imagen térmica infrarroja se puede obtener el resultado exacto de la distribución del campo de temperatura en la superficie exterior del equipo, es decir, el valor tbi, de modo que el valor del flujo de calor promedio total qpj se puede calcular. Obviamente, el núcleo del cálculo es encontrar la temperatura promedio de la pared ponderada por la temperatura de la superficie. Referencias [22] [24]
2.8 Ejemplo de cálculo de diseño de calentador eléctrico
Hay un contenedor cerrado con un ancho de 500 mm, una longitud de 1200 mm, una altura de 600 mm y un peso de 150Kg. Contiene 500 mm de agua y está rodeado por una capa aislante de silicato de 50 mm de espesor. El agua debe calentarse de 15 °C a 70 °C en 3 horas y luego la temperatura del agua en el tanque debe mantenerse constante durante 15 minutos. Cuánta energía se requiere para alcanzar la temperatura requerida. Datos técnicos:
1. Gravedad específica del agua: 1000kg/m3.
2. Calor específico del agua: 1kcal/kg℃
3. Calor específico del acero: 0,12 kcal/kg℃.
4.La pérdida superficial de agua a 70 ℃ es de 4000 W/m2.
5. La pérdida de la capa de aislamiento (a 70 ℃) es de 32 W/m2.
6. Área del contenedor: 0,6 metros cuadrados
7. Área de la capa de aislamiento: 2,52 metros cuadrados
Potencia requerida para el calentamiento inicial:
Calentamiento de agua en el recipiente: c 1m 1△t = 1×(0,5×1,2×1000)×(70-15)= 16500.
Calentamiento del propio recipiente: C2M2△T = 0,12×150×(70-15)= 990 kcal.
Pérdida de calor media de la superficie del agua: 0,6m 2×4000 w/m2×3h×1/2×864/1000 = 3110,4 kcal
Pérdida de calor media de la capa aislante: 2,52 m2 ×32w /m2×3h×1/2×864/1000 = 104,5 kcal
(Considere un 20 % de abundancia)
La energía necesaria para el calentamiento inicial es (1650993110,4 + 104,5)×1,2 = 70258,8 kcal/kg℃.
Potencia necesaria para el funcionamiento:
Calor necesario para calentar agua suplementaria: 20k g/h×(70-15)×1 kcal/kg℃= 1100 kcal.
Pérdida de calor en la superficie del agua: 0,6m 2×4000 w/m2×1h×864/1000 = 2073,6 kcal
Pérdida de calor de la capa aislante: 2,52 m2×32w/m2× 1h×864 /1000 = 69,67 kcal
(Considere 20% de abundancia)
La energía térmica de trabajo es (1102073,6+69,6)×1,2 = 6486,54 kcal/kg℃.
La potencia calorífica de trabajo es: 6486,54 ÷864÷1 = 7,5 kw.
La potencia de calentamiento inicial es superior a la potencia requerida para su funcionamiento, y la potencia seleccionada para el calentador debe ser de al menos 27,1kw.
La potencia final del calentador es de 7kw. Utilice cuatro tubos de calefacción eléctrica de 7KW para calentar el tanque de agua al mismo tiempo.
2.9 Composición del calentador eléctrico
La composición del calentador eléctrico es la siguiente: Figura 10.
2.10 Condiciones de uso y métodos de mantenimiento
(1) No existen requisitos especiales para la calidad de las aguas residuales, el agua con queroseno y la gasolina.
(2)Temperatura ambiente>4℃, humedad≤90%RH.
(3) El agua y la electricidad están en su lugar y el armazón está conectado a tierra.
(4) Se recomienda limpiar el depósito de agua periódicamente. (Seis meses es un ciclo).
(5) Si el calentador eléctrico no se utiliza durante mucho tiempo, presione el botón de drenaje para drenar el aceite y el agua en el tanque de agua.