Оптимальным источником энергии, для нагрева испарительной емкости, является квартирная электрическая сеть, напряжением 220 В. Можно просто использовать для этих целей бытовую электроплиту. Но, при нагреве на электроплите, много энергии расходуется на бесполезный нагрев самой плиты, а также излучается во внешнюю среду, от нагревательного элемента, не совершая при этом, полезной работы. Эта, понапрасну затрачиваемая энергия, может достигать приличных значений — до 30-50 %, от общей затраченной мощности на нагрев куба. Поэтому использование обычных электроплит, является нерациональным с точки зрения экономии. Ведь за каждый лишний киловатт энергии, приходится платить. Наиболее эффективно использовать врезанные в испарительную емкость эл. ТЭНы. При таком исполнении, вся энергия расходуется только на нагрев куба + излучение от его стенок вовне. Стенки куба, для уменьшения тепловых потерь, необходимо теплоизолировать. Ведь затраты на излучение тепла, от стенок самого куба могут так же, составлять до 20 и более процентов, от всей затрачиваемой мощности, в зависимости от его размеров. Для использования в качестве нагревательных элементов врезанных в емкость, вполне подходят ТЭНы, от бытовых эл.чайников, или другие подходящие по размерам. Мощность таких ТЭНов, бывает разная. Наиболее часто применяются ТЭНы с выбитой на корпусе мощностью 1.0 кВт и 1.25 кВт. Но есть и другие.
Поэтому мощность 1-го ТЭНа, может не соответствовать по параметрам, для нагрева куба и быть больше или меньше. В таких случаях, для получения необходимой мощности нагрева, можно использовать несколько ТЭНов, соединенных последовательно или последовательно-параллельно. Коммутируя различные комбинации соединения ТЭНов, переключателем от бытовой эл. плиты, можно получать различную мощность. Например имея восемь врезанных ТЭНов, по 1.25 кВт каждый, в зависимости от комбинации включения, можно получить следующую мощность.
- 625 Вт
- 933 Вт
- 1,25 кВт
- 1,6 кВт
- 1,8 кВт
- 2,5 кВт
Такого диапазона вполне хватит для регулировки и поддержания нужной температуры при перегонке и ректификации. Но можно получить и иную мощность, добавив количество режимов переключения и используя различные комбинации включения.
Последовательное соединение 2-х ТЭНов по 1.25 кВт и подключение их к сети 220В, в сумме дает 625 Вт. Параллельное соединение, в сумме дает 2.5 кВт.
Рассчитать можно по следующей формуле.
Мы знаем напряжение, действующее в сети, это 220В. Далее мы так же знаем мощность ТЭН, выбитую на его поверхности допустим это 1,25 кВт, значит, нам нужно узнать силу тока, протекающую в этой цепи. Силу тока, зная напряжение и мощность, узнаем из следующей формулы.
Сила тока = мощность, деленная на напряжение в сети.
Записывается она так: I = P / U.
Где I — сила тока в амперах.
P — мощность в ваттах.
U — напряжение в вольтах.
При подсчете нужно мощность, указанную на корпусе ТЭН в кВт, перевести в ватты.
1,25 кВт = 1250Вт. Подставляем известные значения в эту формулу и получаем силу тока.
I = 1250Вт / 220 = 5,681 А
Далее зная силу тока подсчитываем сопротивление ТЭНа, по следующей формуле.
R = U / I, где
R — сопротивление в Омах
U — напряжение в вольтах
I — сила тока в амперах
Подставляем известные значения в формулу и узнаем сопротивление 1 ТЭНа.
R = 220 / 5.681 = 38,725 Ом.
Далее подсчитываем общее сопротивление всех последовательно соединенных ТЭНов. Общее сопротивление равно сумме всех сопротивлений, соединенных последовательно ТЭНов
Rобщ = R1+ R2 + R3 и т.д.
Таким образом, два последовательно соединенных ТЭНа, имеют сопротивление равное 77,45 Ом. Теперь нетрудно подсчитать мощность выделяемую этими двумя ТЭНами.
P = U2 / R где,
P — мощность в ваттах
U2 — напряжение в квадрате, в вольтах
R — общее сопротивление всех посл. соед. ТЭНов
P = 624,919 Вт, округляем до значения 625 Вт.
Далее при необходимости можно подсчитать мощность любого количества последовательно соединенных ТЭНов, или ориентироваться на таблицу.
Таблица 1.1. Значения для последовательного соединения ТЭНов при напряжении 220В.
| Кол-во ТЭН | Мощность (Вт) | Сопротивление (Ом) | Сила тока (А) |
| 1 | 1250 | 38,8 | 5,7 |
| 2 | 625 | 77,5 | 2,8 |
| 3 | 416 | 116,2 | 1,9 |
| 4 | 312 | 154,9 | 1,4 |
| 5 | 250 | 193,6 | 1,1 |
| 6 | 208 | 232,4 | 0,9 |
| 7 | 178 | 271 | 0,8 |
| 8 | 156 | 309,8 | 0,7 |
Таблица 1.2. Значения для параллельного соединения ТЭНов при напряжении 220В.
| Кол-во ТЭН | Мощность (Вт) | Сопротивление (Ом) | Сила тока (А) |
| 2 | 2500 | 19,4 | 11,4 |
| 3 | 3750 | 12,9 | 17 |
| 4 | 5000 | 9,7 | 22,7 |
| 5 | 6250 | 7,7 | 28,4 |
| 6 | 7500 | 6,5 | 34 |
| 7 | 8750 | 5,5 | 39,8 |
| 8 | 10000 | 4,8 | 45,5 |
Еще один немаловажный плюс, который дает последовательное соединение ТЭНов, это уменьшенный в несколько раз протекающий через них ток, и соответственно малый нагрев корпуса нагревательного элемента, тем самым не допускается пригорание браги во время перегонки и не привносит неприятного дополнительного вкуса и запаха в конечный продукт. Так же ресурс работы ТЭНов, при таком включении, будет практически вечным.
Расчеты выполнены для ТЭНов, мощностью 1.25 кВт. Для ТЭНов другой мощности, общую мощность нужно пересчитать согласно закона Ома, пользуясь выше приведенными формулами.
Любой онлайн или офлайн магазин бытовой техники предлагает купить водонагреватели самых разных типов. Но не все эти агрегаты подходят для эксплуатации на даче или в небольшом загородном доме с нестабильным электроснабжением. В этом случае систему нагрева воды можно собрать самостоятельно. Главное — знать, как рассчитать мощность ТЭНа.
Если не уделить этому моменту должного внимания, можно столкнуться с целым комплексом проблем. Либо нагрузка на электросети превысит допустимые пределы, либо на нагрев даже небольшого объема воды потребуется несколько часов.
Какую мощность ТЭНа выбрать для водонагревателя?
Самый простой вариант предполагает использование стандартной формулы:
P=0,0011m(tk-tн)/T
Для работы с ней необходимо знать:
- начальную (tн) и конечную температуру воды (tк);
- массу жидкости. Для воды считается, что 1 литр весит ровно 1 кг;
- время предполагаемого нагрева (T).
Некоторой проблемой может стать определение исходной температуры воды. Потребуется специальный термометр. Если его нет, можно исходить из следующих предположений:
- зимой в городской черте вода, пока доходит до конечного потребителя, прогревается до 12–15 0С. При наличии индивидуальной системы водоснабжения, запитанной из колодца или скважины, базовая температура не превысит 5–6 0С;
- летом вода в трубах бывает если не горячей, то достаточно теплой (до 20–22 0С в зависимости от региона).
Нужно отметить, что данная формула не учитывает множество внешних факторов. Например, напряжение в сети может отличаться от стандартных 220 В. Если оно ниже, на нагрев потребуется больше времени. Не принимается в расчет и конструкция бойлера, температура внешней среды.
Есть и еще один важный момент! Данная формула актуальна как для одного ТЭНа, так и для нескольких, соединенных параллельно.
Как рассчитать мощность ТЭНа по сопротивлению и напряжению?
В документации к нагревательному элементу всегда значится номинальная мощность. Но она может существенно отличаться от реальной. Если есть такие сомнения, их можно проверить. Для этого потребуется мультиметр. С его помощью замеряют сопротивление на концах спирали.
Далее остается проверить информацию по таблице ниже:
|
Мощность ТЭНа, Вт |
При напряжении 220 В |
|
|
Ток, ампер |
Сопротивление, Ом |
|
|
100 |
0,45 |
484 |
|
200 |
0,91 |
242 |
|
300 |
1,36 |
161,33 |
|
400 |
1,82 |
121 |
|
500 |
2,27 |
96,8 |
|
600 |
2,73 |
80,67 |
|
700 |
3,18 |
69,14 |
|
800 |
3,64 |
60,5 |
|
900 |
4,09 |
53,78 |
|
1000 |
4,55 |
48,4 |
|
2000 |
9,09 |
24,2 |
|
2500 |
11,36 |
19,36 |
|
3000 |
13,64 |
16,13 |
Остается решить, как рассчитать мощность ТЭНа, если в одной системе последовательно соединены несколько нагревательных элементов.
Здесь придется вспомнить школьный курс физики и последовательно поработать с формулами:
- Расчет силы тока. Для этого номинальную мощность (обязательно в ваттах) делят на напряжение в сети. Например, I = 3500 / 220 = 15,91 А.
- Расчет сопротивления. Теперь уже напряжение нужно разделить на силу тока. В нашем случае получаем 220/15,91 = 13,83 Ом.
Если ТЭНов два, они имеют одинаковые параметры, то для определения их совместной мощности остается разделить напряжение в квадрате на сумму сопротивлений. Для приведенных расчетов получим: 220*220/ (13,83+13,83) = 1750 Вт.
Как рассчитать мощность ТЭНа, зная сопротивление при параллельном соединении?
В данном случае не требуются долгие расчеты. При параллельном подключении мощность ТЭНов не теряется. Для получения суммарной мощности достаточно сложить данные отдельных приборов.
При покупке нового тэна, или ремонте/обслуживании старого, желательно проверить его мощность. Данный показатель может указать нам на износ тэна, например. Хорошо, если вы знаете мощность тэна, заявленную производителем. Если после вычислений окажется, что тэн потерял в мощности, это уже звоночек к его замене. Итак:
Для того, чтобы вычислить мощность тэна, нужно вооружиться мультиметром. Поставить его в режим измерения сопротивления. И в первую очередь, измерить сопротивление самого прибора. Для этого прислоните щупы друг к другу. Как правило, вы увидите значение в диапазоне около 1-1,5 Ом. Это сопротивление щупов, дорожек на плате прибора и тд. Это значение нам при расчётах понадобится отнять от сопротивления самого тэна, чтобы вычисления мощности были как можно более правдивыми. Поэтому запоминаем его.
Далее, берём щупы мультиметра и прислоняем к выводам тэна. Там уже сопротивление может быть совершенно разным, это будет зависеть от мощности тэна и его исправности. Ну, например, прибор показал сопротивление тэна 37 Ом. Зная ранее полученные данные мы можем воспользоваться формулой:
P=U2/R
То есть, мощность (P) по переменному току равна = напряжение в квадрате делить на сопротивление тэна.
Подставим наши значения:
Пусть сопротивление прибора 1,5 Ом,
сопротивление тэна 38 Ом,
тогда
P=220*220/(38-1,5)=1326 или около 1,3кВт
Данные брал от потолка, просто для примера.
Если вы знаете заявленную производителем мощность и полученные вами данные оказались намного меньше, значит тэн либо уже пришел в негодность, либо скоро выйдет из строя и уже сейчас стоит задумать о его замене.
Иногда требуется определить реальную мощность тэна и для этого замеряют его сопротивления мультиметром между двумя контактами спирали. Зная данное сопротивление в Омах и напряжение в сети по данной таблице можно определить реальную мощность тэна, на которую он рассчитан.
Данную таблицу сделал специально для этого сайта, возможно кому-то понадобятся эти данные так же, как и мне. Обратите внимание что в таблице сведены данные на мощность тэна при напряжении в сети 220 и 240 вольт. Это позволит понимать реальную мощность тэнов продаваемых на алиэкспресс, где они заточены под напряжение 240 вольт.
Сводная таблица зависимости мощности тэна от напряжения, силы тока в сети и его сопротивления.
|
Мощность тэна, Ватт |
При напряжении 220В |
При напряжении 240В |
||
|
Ток I, ампер |
Сопротивление, Ом |
Ток I, ампер |
Сопротивление, Ом |
|
|
100 |
0,45 |
484,00 |
0,42 |
576,00 |
|
200 |
0,91 |
242,00 |
0,83 |
288,00 |
|
300 |
1,36 |
161,33 |
1,25 |
192,00 |
|
400 |
1,82 |
121,00 |
1,67 |
144,00 |
|
500 |
2,27 |
96,80 |
2,08 |
115,20 |
|
600 |
2,73 |
80,67 |
2,50 |
96,00 |
|
700 |
3,18 |
69,14 |
2,92 |
82,29 |
|
800 |
3,64 |
60,50 |
3,33 |
72,00 |
|
900 |
4,09 |
53,78 |
3,75 |
64,00 |
|
1000 |
4,55 |
48,40 |
4,17 |
57,60 |
|
1100 |
5,00 |
44,00 |
4,58 |
52,36 |
|
1200 |
5,45 |
40,33 |
5,00 |
48,00 |
|
1300 |
5,91 |
37,23 |
5,42 |
44,31 |
|
1400 |
6,36 |
34,57 |
5,83 |
41,14 |
|
1500 |
6,82 |
32,27 |
6,25 |
38,40 |
|
1600 |
7,27 |
30,25 |
6,67 |
36,00 |
|
1700 |
7,73 |
28,47 |
7,08 |
33,88 |
|
1800 |
8,18 |
26,89 |
7,50 |
32,00 |
|
1900 |
8,64 |
25,47 |
7,92 |
30,32 |
|
2000 |
9,09 |
24,20 |
8,33 |
28,80 |
|
2100 |
9,55 |
23,05 |
8,75 |
27,43 |
|
2200 |
10,00 |
22,00 |
9,17 |
26,18 |
|
2300 |
10,45 |
21,04 |
9,58 |
25,04 |
|
2400 |
10,91 |
20,17 |
10,00 |
24,00 |
|
2500 |
11,36 |
19,36 |
10,42 |
23,04 |
|
2600 |
11,82 |
18,62 |
10,83 |
22,15 |
|
2700 |
12,27 |
17,93 |
11,25 |
21,33 |
|
2800 |
12,73 |
17,29 |
11,67 |
20,57 |
|
2900 |
13,18 |
16,69 |
12,08 |
19,86 |
|
3000 |
13,64 |
16,13 |
12,50 |
19,20 |
|
3100 |
14,09 |
15,61 |
12,92 |
18,58 |
|
3200 |
14,55 |
15,13 |
13,33 |
18,00 |
|
3300 |
15,00 |
14,67 |
13,75 |
17,45 |
|
3400 |
15,45 |
14,24 |
14,17 |
16,94 |
|
3500 |
15,91 |
13,83 |
14,58 |
16,46 |
|
3600 |
16,36 |
13,44 |
15,00 |
16,00 |
|
3700 |
16,82 |
13,08 |
15,42 |
15,57 |
|
3800 |
17,27 |
12,74 |
15,83 |
15,16 |
|
3900 |
17,73 |
12,41 |
16,25 |
14,77 |
|
4000 |
18,18 |
12,10 |
16,67 |
14,40 |
|
4100 |
18,64 |
11,80 |
17,08 |
14,05 |
|
4200 |
19,09 |
11,52 |
17,50 |
13,71 |
|
4300 |
19,55 |
11,26 |
17,92 |
13,40 |
|
4400 |
20,00 |
11,00 |
18,33 |
13,09 |
|
4500 |
20,45 |
10,76 |
18,75 |
12,80 |
|
4600 |
20,91 |
10,52 |
19,17 |
12,52 |
|
4700 |
21,36 |
10,30 |
19,58 |
12,26 |
|
4800 |
21,82 |
10,08 |
20,00 |
12,00 |
|
4900 |
22,27 |
9,88 |
20,42 |
11,76 |
|
5000 |
22,73 |
9,68 |
20,83 |
11,52 |
|
5500 |
25,00 |
8,80 |
22,92 |
10,47 |
|
6000 |
27,27 |
8,07 |
25,00 |
9,60 |
|
6500 |
29,55 |
7,45 |
27,08 |
8,86 |
|
7000 |
31,82 |
6,91 |
29,17 |
8,23 |
|
7500 |
34,09 |
6,45 |
31,25 |
7,68 |
|
8000 |
36,36 |
6,05 |
33,33 |
7,20 |
|
8500 |
38,64 |
5,69 |
35,42 |
6,78 |
|
9000 |
40,91 |
5,38 |
37,50 |
6,40 |
|
9500 |
43,18 |
5,09 |
39,58 |
6,06 |
|
10000 |
45,45 |
4,84 |
41,67 |
5,76 |
Как самостоятельно посчитать сопротивление тэна, если нужного значения не оказалось в таблице? Все довольно просто. К примеру, у Вас тэн на 6300 ватт, нужно узнать его сопротивление.
Для начала нужно посчитать силу тока протекающую в сети при его работе, считаем по формуле: I = P / U , где I — сила тока в амперах, P — мощность в ваттах, U — напряжение в вольтах. Следовательно I = 6300 / 220 , получаем значение 28,63 Ампера.
Далее рассчитываем сопротивление по формуле: R = U / I , где R — сопротивление в Омах, U — напряжение в вольтах, I — сила тока в амперах. Получается R = 220 / 28,63, получаем значение сопротивления тэна 7,68 Ом.
Вот так все просто, очень надеюсь что данный материал будет полезен читателям сайта. Остались вопросы? Пишите их в комментариях!
Расчет мощности тэна, необходимой для поддержания заданной температуры в том или ином помещении,
рассмотрен в п.1 «Справочных данных».
1. Для проверки соответствия данных маркировки реальным параметрам
ТЭН необходимо проверить его сопротивление Омметром в горячем виде. В этом случае можно пренебречь различными коэффициентами.
Р=U*U/R,
где P — мощность, которую необходимо найти, Вт;
U — рабочее напряжение, В;
R — измеренное сопротивление тэн в горячем виде, Ом.
Например:
Напряжение в сети 220 Вольт, измеренное сопротивление равно 22 Ом. Тогда мощность тэна имеет значение: Р=220*220/22=2200 Вт=2.2 кВт.
2. Для расчета времени за которое тэн нагреет воду, используем формулу теплодинамики.
При этом для простоты будем считать, что окружающая среда, переходные процессы, емкость и т.д. не влияют на нашу систему ТЭН — жидкость:
А=С(T1-T2)m,
где А -работа, которую необходимо проделать, чтобы изменить температуру жидкости массой «m» с Т1 до Т2.
С — удельная теплоемкость жидкости;
и формулу работы электрического тока:
А=Рt,
где А — работа электрического тока,
Р — мощность установки (в нашем случае — ТЭНов), Вт,
t — время работы электрического тока, сек.
Пример: За какое время тэн мощностью 2.0 кВт согреет воду массой 1.0 кг. с 20 до 80 градусов?
Справочное данное: С для воды = 4200 Дж/кг*градус.
С(Т1-Т2)m=Рt, отсюда t=C(T1-T2)m/P=4200*(80-20)*1.0/2000=126 секунд.
Ответ: вода массой 1.0 кг нагреется тэном мощностью 2 кВт с 20 до 80 градусов за 2 минуты и 6 секунд.
3.Подбор обогревательного устройства с оптимальной мощностью.
Мощность обогревателя определяет его способность поддерживать определенную температуру в помещении. Вторая величина, от которой это зависит, — объем помещения. При этом есть одно условие — теплоизоляция помещения должна быть приемлемой для данной климатической зоны.
Для стандартной высоты жилых помещений в России в 2.2-2.5 метра соотношение мощности к площади равна 1:10, т.е. нагреватель мощностью 1 кВт может обогреть помещение в 10 кв. метров.
Если высота помещения превышает указанное выше значение, тогда необходимо использовать поправочный коэффициент. Например, если высот помещения 3 метра, тогда: К = 3 метра/2.5 метра=1,2. Т.е. в этом случает соотношение мощности прибора и отапливаемой площади будет 1,2 кВт : 10 квадратных метров.
4. Зависимость объема теплоносителя (жидкости) системы отопления от мощности.
Приблизительный расчет объема теплоносителя системы отопления можно произвести используя следующее соотношение: для отопительной системы с котлом мощностью 1кВт требуется 15 литров теплоносителя. Соответственно объем отопительной системы с котлом мощностью 10 кВт приблизительно составит 150 литров.+
Данные, полученные при таком подсчете объема теплоносителя в системе отопления, не учитывают особенностей конкретной отопительной системы и являются всего лишь приблизительными