Un dipòsit químic de 5.000 litres pot requerir una capacitat de calefacció molt diferent segons la temperatura inicial, la temperatura objectiu, el temps d'escalfament i la pèrdua de calor de l'equip.
Utilitzar només el volum del dipòsit per seleccionar una placa de calefacció pot provocar fàcilment una capacitat de calefacció insuficient o una potència excessiva. L'enfocament més fiable és calcular primer la càrrega tèrmica requerida i després fer coincidir aquesta càrrega amb l'àrea de calefacció adequada i el flux de calor superficial.
Per als grans dipòsits químics, el balanç central d'enginyeria ésrecuperació ràpida de la temperatura versus calefacció estable i eficient.
Comenceu amb la fórmula bàsica de calefacció
L'energia necessària per augmentar la temperatura del líquid del procés es pot estimar amb:
Q=mCpΔT
on:
Q= necessitava energia tèrmica
m= massa líquida
Cp= capacitat calorífica específica
ΔT= augment de temperatura
Per a un dipòsit de 5.000 litres que conté un líquid amb una densitat propera a 1 kg/L, la massa líquida és d'aproximadament 5.000 kg.
Si la temperatura ha d'augmentar en 30 graus, l'energia requerida depèn fortament de la capacitat calorífica específica real de la solució química.
Els líquids-com l'aigua proporcionen una referència preliminar útil, però les solucions químiques industrials haurien d'utilitzar dades de propietat-tèrmiques reals o verificades sempre que estiguin disponibles.
El temps de calefacció determina la potència requerida
L'energia per si sola no determina la classificació de la placa de calefacció.
La potència de calefacció es pot estimar com:
P = Q/t
ontés el temps d'escalfament necessari.
Per exemple, un dipòsit gran que es pot escalfar durant diverses hores requereix molta menys potència instal·lada que el mateix dipòsit que ha d'assolir la temperatura objectiu en una hora.
També s'han d'incloure les pèrdues de calor:
Ptotal=Pprocés + Ploss
La calor es pot perdre a través de les parets del dipòsit, la superfície del líquid, les canonades, els suports i l'aire circumdant.
Per tant, un mal aïllament pot augmentar substancialment la capacitat necessària de la placa de calefacció.
Un exemple de càlcul simplificat
Suposem una solució semblant a l'aigua de 5.000-litres amb:
Massa: 5.000 kg
Calor específica: aproximadament 4,18 kJ/kg· grau
Augment de la temperatura: 30 graus
Temps de calefacció: 2 hores
El requeriment energètic teòric és:
Q=5,000 × 4,18 × 30=627,000 kJ
La conversió a quilowatts-hora dóna aproximadament:
174 kWh
Durant dues hores, la potència de calefacció teòrica és aproximadament:
87 kW
Aquest és només el requisit de calefacció del líquid del procés-. La potència instal·lada real també ha de compensar les pèrdues de calor i les ineficiències del sistema.
Per tant, un disseny pràctic pot requerir una capacitat addicional per sobre d'aquest valor teòric.
La pèrdua de calor no s'ha de tractar com un percentatge fix
L'aplicació d'un factor d'eficiència arbitrari a cada dipòsit químic pot produir resultats de mida deficient.
La pèrdua de calor depèn de les condicions reals, com ara:
Material de paret del dipòsit
Gruix d'aïllament
Temperatura ambient
Superfície líquida
Estat de la coberta
Connexions de canonades
Sistema de circulació
Temperatura de funcionament
Un dipòsit cobert i aïllat pot tenir una pèrdua de calor relativament baixa, mentre que un dipòsit obert que funciona en una zona de producció freda pot perdre substancialment més calor.
Per a una selecció precisa de la placa de calefacció, aquestes condicions s'han d'avaluar individualment.
L'àrea de la placa de calefacció és important després de conèixer l'energia
Un cop estimada la capacitat de calefacció necessària, l'àrea de calefacció es converteix en el següent paràmetre important.
El flux de calor superficial és:
q″ = Q/A
Una gran superfície de placa calefactora permet distribuir la potència necessària per una superfície més gran.
Això pot reduir la temperatura de la superfície local i millorar la uniformitat de la temperatura, especialment quan la solució química té una circulació limitada.
| Fase de càlcul | Variable principal | Propòsit d'enginyeria |
|---|---|---|
| 1 | Massa líquida | Establir la càrrega tèrmica |
| 2 | Calor específica | Determineu l'energia per grau |
| 3 | Pujada de la temperatura | Definir l'entrada de calor necessària |
| 4 | Temps de calefacció | Convertir energia en potència |
| 5 | Pèrdua de calor | Capacitat total correcta |
| 6 | Zona de calefacció | Control del flux de calor superficial |
| 7 | Circulació | Comproveu la transferència de calor pràctica |
Per tant, el càlcul hauria de continuar més enllà del valor final del quilowatt.
Les propietats químiques poden canviar el resultat
Un dipòsit de productes químics de 5.000 litres no és necessàriament equivalent a 5.000 litres d'aigua.
La concentració química pot afectar la densitat i la calor específica. La viscositat també pot influir en la circulació i la transferència de calor.
Per exemple, una solució química concentrada pot requerir un control acurat del flux-de calor perquè una convecció feble pot crear una diferència de temperatura important a prop de la placa de calefacció.
A Placa de calefacció de PTFEes pot considerar quan la resistència a la corrosió és un requisit important. Com que el PTFE té una conductivitat tèrmica relativament baixa en comparació amb els metalls, s'han d'incloure l'àrea de calefacció i la distribució interna de la calor en el disseny tèrmic.
El sobredimensionament pot crear un problema diferent
La instal·lació d'una potència significativament superior a la calculada pot semblar que proporciona un marge de seguretat addicional.
Tanmateix, una capacitat excessiva pot provocar:
Major flux de calor superficial
Excés de temperatura
Cicles de control curts
Major estrès tèrmic
Augment del consum d'energia durant el funcionament normal
Per a un gran dipòsit de 5.000 litres, diverses zones de calefacció poden proporcionar una millor solució. Es pot utilitzar una gran capacitat durant l'arrencada en fred, mentre que menys zones mantenen la temperatura durant la producció estable.
Això proporciona un major control sense forçar tot el sistema de calefacció a funcionar a plena potència contínuament.
El càlcul ha de coincidir amb les condicions de producció
Una especificació final de la placa de calefacció hauria de tenir en compte almenys:
Volum nominal de 5.000 litres + volum de funcionament mínim + temperatura inicial + temperatura objectiu + temps d'escalfament necessari + propietats químiques reals + pèrdua de calor + condició de circulació.
Això evita que el disseny es basi només en la mida del tanc.
Per tant, per a un dipòsit químic de 5.000-litres, la potència correcta de la placa de calefacció no és un nombre universal. És el resultat d'un càlcul de càrrega-tèrmica seguit de la verificació de l'àrea de calefacció, el flux de calor superficial, la circulació i els requisits de control de temperatura.
Per a projectes de reemplaçament o de plaques de calefacció personalitzades, proporcionar la concentració real del bany, l'interval de temperatura, l'objectiu de -temps de calefacció, les condicions d'aïllament, la velocitat de circulació i les dimensions d'instal·lació disponibles permeten que la configuració final de l'energia i l'àrea de calefacció-s'ajusti molt més a les condicions de producció reals.
