Как подобрать ТЭН для нагрева заданного объема воды:
P = 0,0011*m* (t k -t н)/T
P - мощность ТЭНа, кВТ
m - масса нагреваемой воды, кг t k - конечная температура воды, o С t н - начальная температура воды, o С Т - время нагрева воды, час
> МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ ПОСУДОМОЕЧНЫХ МАШИН
посудомоечная машина сервис потребительский
Методика измерения параметров изложена в ГОСТ 30147-95. Испытания проводятся при температуре окружающей среды (20+5) С и относительной влажности воздуха 45…60%. Отклонение напряжения питания от номинального значения - не более 2%. Если посудомоечная машина может работать в некотором диапазоне напряжений, то испытания проводят или при среднем напряжении (если величина диапазона менее 10% от его среднего напряжениям) или дважды, при максимальном и минимальном напряжениях диапазона. Температура подаваемой воды (15+5) С - для посудомоечных машин, подключаемых только к холодной воде, или (60+2) С - для посудомоечных машин, подключаемых только к горячей воде (если в инструкции по эксплуатации не указана более низкая температура). Жесткость воды посудомоечной машины с устройством смягчения должна составлять (300+25) млн" 1 (ррт). Для посудомоечной машины без такого устройства испытания проводятся при одном или нескольких из следующих значений жесткости: 50, 150 или 300 млн" 1 (ррт).
В ходе испытаний используется или стандартное моющее и ополаскивающее средство, или средства, укатанные изготовителем посудомоечной машины. Количество - в соответствии с рекомендациями изготовителя. Если таких рекомендаций пет, то ополаскивающее средство берется исходя из расчета 0,3 мл/л, моющее - в зависимости от жесткости воды: 3,0 г/л или 2,3 г/комплект (что больше) - для посудомоечных машин с устройством смягчения воды и для посудомоечных машин без устройства смягчения при жесткости воды 50 млн" 1 ; 4,0 г/л или 3,3 г/комплект - для посудомоечной машины бет устройства смягчения при жесткости 150 млн" 1 и 5,0 г/л или 4,2 г/комплект - для посудомоечной машины без устройства смягчения при жесткости 300 млн" 1 . В любом случае количество средства не должно превышать емкости соответствующего дозатора.
При измерении показателя качества мытья, как и при других испытаниях, машина должна работать но программе или циклу для наиболее сильно загрязненной столовой (не кухонной) посуды. Предварительно посудомоечная машина должна отработать два цикла с чистой посудой. Измерение показателя качества мытья проводятся не менее пяти раз, без очистки посудомоечной машины между циклами, за исключением чистки фильтров в соответствии с рекомендациями изготовителя. Загрузка машины при каждом измерении должна соответствовать ее номинальной вместимости и состоять из целого числа стандартных комплектов плюс сервировочная посуда и приборы, Посуда - фарфоровая, белая, покрытая глазурью, без трещин и повреждений, Стеклянная посуда должна быть из обычного стекла, без декоративной отделки, столовые приборы, из нержавеющей стали, гладкие, без гравировки.
Перед загрузкой в посудомоечную машину посуда подвергается загрязнению: стаканы - томатным соком, чашки - чаем, тарелки - яйцами, пшенной кашей и шпиком, вилки - яйцами, столовые ложки - кашей, сервировочные ложки - шпинатом, овальное блюдо - маргарином. Остальные предметы не загрязняются. Порядок приготовления загрязняющих веществ и нанесения их па посуду изложен в ГОСТ 30147- 95. После загрязнения посуда сушится и течение 2 ч и загружается в посудомоечную машину согласно рекомендациям изготовителя.
После окончания цикла мытья каждый предмет осматривается в течение не более чем 10 сек, при освещении рассеянным светом, освещенность должна составлять 1000…1500лк. Если загрязнения не обнаружены, то предмету присваивается 2 балла, если общая площадь оставшихся загрязнений менее 4 мм 2 и образована она максимум четырьмя частицами - 1 балл, если площадь загрязнений 4 мм 2 и более или поверхность предмета загрязнена более чем четырьмя частицами - 0 баллов. Общая сумма баллов делится на максимально возможное число баллов (количество предметов, умноженное на два), полученное значение и есть показатель качества мытья посудомоечной машины. Могут находиться показатели для отдельных категорий посуды, приборов и изделий из стекла.
Измерение показателя качества сушки может проводиться или совместно с измерением показателя качества мытья, или независимо. При независимом измерении проводятся не менее трех опытов, в посудомоечную машину загружается чистая и сухая посуда, загрузка должна соответствовать номинальной вместимости машины. Циклы работы посудомоечной машины выполняются с использованием моющего и ополаскивающего средств. После окончания цикла дверь машины должна оставаться закрытой, если изготовитель не рекомендует иное, а через 30 мин проводят осмотр предметов, извлекая их по одному, начиная, по возможности, с нижней полки. Среднее время осмотра каждого предмета - не более 3 с. При совместном измерении осмотр предметов для определения показателя качества сушки проводится также через 30 мин после цикла работы посудомоечной машины, перед осмотром для определения показателя качества мытья. Если влага отсутствует, то предмету присваивается 2 балла, если на предмете одна - две капли или мокрые полосы - 1 балл, если ни предмете более двух капель или если в стакане О есть вода - 0 баллов. Показатель качества сушки вычисляется аналогично показателю качества мытья.
При измерении расхода электроэнергии и воды давление воды на входе в ПМ должно находиться в пределах (240+35) кПа, температура подаваемой холодной воды должна поддерживаться с точностью +2 С. Машина загружается таким же количеством посуды, как при измерении показателя качества мытья. Если реальная суммарная масса загрузки отличается от номинальной более чем на 2% (номинальные массы комплекта посуды и предметов сервировки указаны в стандарте), то загрузка должна быть отрегулирована под номинальную добавлением или изъятием отдельных предметов. В случаях, когда корректировка массы загрузки не нужна, измерение расхода электроэнергии и воды можно совместить с измерением показателя качества мытья.
При выполнении циклов измеряется количество потребленной электроэнергии, расход воды, температура подаваемой воды и температура воды, выходящей из моечной камеры (с помощью термопары, установленной на входе циркуляционного насоса). Количество потребленной энергии и расход воды берутся как средние значения результатов измерений за не менее чем три цикла работы
В автоматических посудомоечных машинах могут проводиться дополнительные измерения расхода энергии и воды при работе машины по разным программам.
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.
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.
ГдеI- 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.
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.
Rобщ = R1+ R2 + R3и т.д.
Таким образом, два последовательно соединенных ТЭНа, имеют сопротивление равное77,45Ом. Теперь нетрудно подсчитать мощность выделяемую этими двумя ТЭНами.
P = U2 / R где,
P- мощность в ваттах
R- общее сопротивление всех посл. соед. ТЭНов
P = 624,919 Вт, округляем до значения625 Вт.
В таблице 1.1 приведены значения для последовательного соединения ТЭНов.
Таблица 1.1
| Кол-воТЭН | Мощность(Вт) | Сопротивление(Ом) | Напряжение(В) | Сила тока(А) |
| 1 | 1250,000 | 38,725 | 220 | 5,68 |
| Последовательное соединение | ||||
| 2 | 625 | 2 ТЭН =77,45 | 220 | 2,84 |
| 3 | 416 | 3 ТЭН =1 16,175 | 220 | 1,89 |
| 4 | 312 | 4 ТЭН=154,9 | 220 | 1,42 |
| 5 | 250 | 5 ТЭН=193,625 | 220 | 1,13 |
| 6 | 208 | 6 ТЭН=232,35 | 220 | 0,94 |
| 7 | 178 | 7 ТЭН=271,075 | 220 | 0,81 |
| 8 | 156 | 8 ТЭН=309,8 | 220 | 0,71 |
В таблице 1.2 приведены значения для параллельного соединения ТЭНов.
Таблица 1.2
| Кол-воТЭН | Мощность(Вт) | Сопротивление(Ом) | Напряжение(В) | Сила тока(А) |
| Параллельное соединение | ||||
| 2 | 2500 | 2 ТЭН=19,3625 | 220 | 11,36 |
| 3 | 3750 | 3 ТЭН=12,9083 | 220 | 17,04 |
| 4 | 5000 | 4 ТЭН=9,68125 | 220 | 22,72 |
| 5 | 6250 | 5 ТЭН=7,7450 | 220 | 28,40 |
| 6 | 7500 | 6 ТЭН=6,45415 | 220 | 34,08 |
| 7 | 8750 | 7 ТЭН=5,5321 | 220 | 39,76 |
| 8 | 10000 | 8 ТЭН=4,840 | 220 | 45,45 |
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, мощностью1.25 кВт. Для ТЭНов другой мощности, общую мощность нужно пересчитать согласно законаОма,пользуясь выше приведенными формулами.
Для выбора ТЭНа необходимо определить количество тепла, необходимое для нагрева среды с учётом всех тепловых потерь.
Суммарная мощность электронагревателей определяется из равенства
P сум = К*Р, [КВт]
где Р - мощность, необходимая для нагрева среды с учётом тепловых потерь;К =1.1-1.3 - коэффициент запаса мощности.
Затем подбирают ТЭН, соответствующий требуемым условиям эксплуатации, т.е. с учётом температуры на оболочке ТЭНа, нагреваемой среды, мощности, напряжения. Выбирают конфигурацию и размеры ТЭНа в зависимости от рабочего пространства комплектуемой установки. Определяют необходимое количество ТЭНов в зависимости от суммарной мощности и мощности одного ТЭНа. Для рационального обеспечения питания установки от трёхфазной электрической сети (исключения перекоса фаз) желательно, чтобы количество ТЭНов было кратно трём. После выбора ТЭНа производят поверочный теплотехнический расчёт с целью определения температуры на оболочке нагревателей, которая зависит от удельной мощности и конкретных условий эксплуатации (условий теплообмена).
Для гарантированного обеспечения заданной температуры оболочки ТЭНа рекомендуется проверять её путём замеров при испытаниях вновь разработанных промышленных установок; при этом установка должна работать в наиболее жёстком режиме. В случае необходимости установка комплектуется терморегулятором. Фактическая температура на оболочке ТЭНа не должна превышать предельно допустимых значений. При этом следует учитывать, что при эксплуатации ТЭНов с меньшими значениями температуры на оболочке их долговечность и надёжность повышаются.
ТЭН - Расчёт мощности нагрева.
Ниже приведены формулы для расчёта мощности ТЭН для различных тепловых процессов
1. Количество теплоты необходимой для нагрева
Q н = m * C *(T 1 - T 0 ), [Дж] (1)
где m
- масса нагреваемого тела, [кг];C - удельная теплоёмкость, [ Дж/кг/К]
T 1 , T 0 - конечная и начальная температуры нагрева, [К]
2. Количество теплоты необходимой для плавления твёрдого тела
Q пл = λ * m , [ Дж] (2)
где λ
- удельная теплота плавления, [ Дж/кг];m - масса тела, [кг]
3. Количество теплоты необходимой для превращения жидкости в пар
Q кип = r * m , [ Дж] (3)
где
r
- удельная теплота парообразования, [ Дж/кг];
m
- масса тела, [кг]
Любой технологический тепловой процесс сопровождается потерями, мощность которых можно учесть по формуле:
P пот = P уд * S , [Дж] (4)
где
P
уд
- удельные потери с единицы площади, [ Вт/м 2 ];
S
- площадь поверхности потерь, [м 2 ]
Таким образом необходимую суммарную мощность нагревателей можно рассчитать по формуле:
P = k *(Q / t + P пот ), [Вт] (5)
где
k
(можно принять
k
=1.2-1.3);
Q
- суммарное количество теплоты для обеспечения теплового процесса, [Дж];
t
- время теплового процесса, [с]
P
пот
- суммарная мощность потерь, [Вт]
Примеры расчёта
Пример 1. Необходимая мощность для нагрева пресс-формы
Стальная пресс-форма с размерами 254*203* 100 мм используется для изготовления полиэтиленовых деталей. Каждый час, 2.5 кг полиэтилена помещается в пресс-форму. Пресс-форма расположена между двумя плитами из нержавеющей стали размерами 380*305*38 мм., которые изолированы от прессового механизма теплоизоляцией толщиной 12.5 мм. Рабочая температура пресс-формы 205 °С. Необходимо обеспечить достижение этой температуры за 1 час при температуре окружающей среды 21 °С.
1. Находимое количество тепла
1.1 Количество тепла для нагрева пресс-формы
)=80.4*0.46*(205-21)=6800кДж
,
где масса пресс-формы
m
1
=2*254*203*100*2*7.8*10-6=80.4кг,
удельная теплоёмкость стали
C
1
=0.46кДж/кг/К,
начальная
T
0
= 21 °С
и конечная
T
1
=205 °С
температуры нагрева.
1.2 Количество тепла для нагрева плит
Q
2
=
m
2
*
C
2
*(T
1
-
T
0
)=68.7*0.47*(205-21)=5940кДж,
где масса пластин
m
2
=380*305*38*2*7.8*10-6=68.7кг
, удельная теплоёмкость нерж.стали
C
2
=0.47кДж/кг/К
1.3 Количество тепла для нагрева полиэтилена
Q 3 = m 3 * C 3 *(T 1 - T 0 )=2.5*2.3*(205-21)=1060кДж,
где масса полиэтилена m 3 =2.5кг, удельная теплоёмкость полиэтилена C 3 =2.3Дж/кг/К
1.4 Мощность необходимая для нагрева
P
н
=
k
*(Q
1
+
Q
2
+
Q
3
)/
t
=1.2*(6800+5940+1060)/3600=4.6кВт=4600Вт,
где
k
=1.2
- коэффициент учитывающий запас мощности
t
=3600
c
- время нагрева.
2.1 Потери на пресс-форме с вертикальных поверхностей
P
1в
=
S
1в
*
P
уд.в
=.182*3800=690Вт
где
S
1в
=(254*100+203*100)*4=182800мм 2 =.182м 2
- площадь вертикальных поверхностей пресс-формы
P
уд.в
=3800Вт/м 2
2.2 Потери на плитах с вертикальных поверхностей
P
2в
=
S
2в
*
P
уд.в
=.104*3800=395Вт
где
S
2в
=(38*380+38*305)*4=104120мм 2 =.104м 2
- площадь вертикальных поверхностей плит
P
уд.в
=3800Вт/м 2
- удельные потери с вертикальной стальной поверхности при температуре 205 °С (по рис. 1)
2.3 Потери на плитах с неизолированных горизонтальных поверхностей
P
2г
=
S
2г
*
P
уд.г
=0.129*2700=350Вт
где
S
2г
=(380*305-254*203)*2=128676мм 2 =129м 2
P
уд.г
=2700Вт/м 2
- удельные потери с горизонтальной неизолированной стальной поверхности при температуре 205 °С (по рис. 1)
2.4 Потери на плитах с изолированных горизонтальных поверхностей
P
2ги
=
S
2ги
*
P
уд.ги
=0.232*1100=255Вт
где
S
2ги
=380*305*2=231800мм 2 =.232м 2
- площадь неизолированных горизонтальных поверхностей плит
P
уд.ги
=1100Вт/м2 - удельные потери с горизонтальной изолированной стальной поверхности при температуре 205 °С (по рис. 4)
2.5 Суммарные потери при рабочей температуре
P
пот
=
k
*(P
1в
+
P
2в
+
P
2г
+
P
2ги
)=1.2*(690+395+350+255)=2030Вт
k
=1.2
- коэффициент учитывающий запас мощности
3. Необходимая суммарная мощность
P = P н + P пот =4600+2030=6630Вт. При выборе нагревателей необходимо учитывать, что суммарная мощность всех нагревателей должна быть не менее рассчитанной. При этом, удельная поверхностная мощность нагревателя не должна превосходить предельно допустимую. Пример 2. Плавление парафина
Неизолированная стальная ёмкость без крышки имеет размеры 455*610*455 мм и весит 63.5 кг. В этой ёмкости находится 76 кг парафина, который необходимо нагреть до 65 °С за 2.5 часа. Температура окружающей среды 22 °С.
1. Находимое количество тепла
1.1 Количество тепла для нагрева ёмкости
Q
1
=
m
1
*
C
1
*(T
1
-
T
0
)=63.5*0.46*(65-22)=1260кДж,
где масса ёмкости
m
1
=63.5 кг,
удельная теплоёмкость стали по
C
1
=0.46 кДж/кг/К,
начальная
T
0
=22 °С
и конечная
T
1
= 65 °С
температуры нагрева.
1.2 Количество тепла для нагрева парафина до температуры плавления
Q
2
=
m
2
*
C
2
*(T
2
-
T
0
)=76*2.89*(54-22)=7028кДж,
где масса парафина
m
2
=76кг,
температура плавления парафина
T
2
=54 °С,
удельная теплоёмкость твёрдого парафина
C
2
=2.89кДж/кг/К
1.3 Количество тепла для нагрева расплавленного парафина до конечной температуры
Q
3
=
m
2
*
C
3
*(T
1
-
T
0
)=76*2.93*(65-54)=2450кДж,
где масса парафина
m
2
=76кг,
удельная теплоёмкость жидкого парафина
C
2
=2.93кДж/кг/К
1.4 Количество тепла для плавления парафина
Q
4
=
m
2
*
λ
=76*147 =11205 кДж,
где масса парафина
m
2
=76 кг,
удельная теплота плавления парафина
λ
=147 Дж/кг
1.5 Мощность необходимая для нагрева
P
н
=
k
*(Q
1
+
Q
2
+
Q
3
+
Q
3
)/
t
=1.2*(1260+7028+2450+11205)/9000=2.95кВт=2950Вт,
где
k
=1.2
- коэффициент учитывающий запас мощности,
t
=2.5*3600=9000
c
- время нагрева.
2. Потери тепла при рабочей температуре
2.1 Потери с поверхности парафина
P
п
=
S
п
*
P
удп
=0.28*750=210Вт,
где
S
п
=455*610=277550 мм 2 =.28м 2
- площадь поверхности парафина,
P
уд.п
=750 Вт/м 2
- удельные потери с поверхности парафина (по рис.
При выборе нагревателей необходимо учитывать, что суммарная мощность всех нагревателей должна быть не менее рассчитанной. При этом, удельная поверхностная мощность нагревателя не должна превосходить предельно допустимую 2.5Вт/см 2
