Diseño y cálculo de calentadores eléctricos

1. El cálculo de diseño para un calentador eléctrico generalmente sigue tres pasos:
1. Calcule la potencia requerida para calentar el medio de la temperatura inicial a la temperatura establecida dentro de un tiempo especificado.
2. Calcule la potencia real requerida para mantener la temperatura mientras mantiene la temperatura media.
3. Basado en los resultados de estos dos cálculos, seleccione el modelo y la cantidad de calentadores. La potencia total es el máximo de los dos valores de potencia, factorización en un coeficiente 1.2.

Fórmula:
1. Potencia requerida para la calefacción inicial
KW=(C1M1ΔT + C2M2ΔT) ÷ 864/P + P/2
Donde: c1c2 son los calores específicos del contenedor y medio, respectivamente (grado kcal/kg);
M1M2 son las masas del contenedor y medio, respectivamente (kg);
ΔT es la diferencia entre la temperatura deseada y la temperatura inicial (grado);
H es el tiempo requerido para calentar desde la temperatura inicial hasta la temperatura establecida (H);
P es el calor disipado del contenedor a la temperatura final (kW);
2. Potencia requerida para mantener la temperatura media
KW=C2M3ΔT/864 + P
Donde: M3 representa la cantidad de medio agregado por hora (kg/h);

Iii. Ejemplo de cálculo del diseño del calentador eléctrico:
Un recipiente abierto con dimensiones de 500 mm de ancho, 1200 mm de largo y 600 mm de alto pesa 150 kg. Contiene agua a una altura de 500 mm y está rodeada por una capa de aislamiento de silicato de 50 mm. El agua debe calentarse de 15 grados a 70 grados en 3 horas . 20 kg/h de 70 grados El agua se bombea desde un recipiente y se agrega la misma cantidad de agua. ¿Cuánta potencia se necesita para lograr la temperatura deseada? Datos técnicos:
1. Gravedad específica del agua: 1000 kg/m³
2. Calor específico de agua: 1 kcal/kg de grado
3. Calor específico de acero: 0.12 kcal/kg de grado
4. Pérdida de la superficie del agua a 70 grados: 4000 w/m²
5. Pérdida de aislamiento (a 70 grados): 32 w/m²
6. Área de contenedor: 0.6 m²
7. Área de aislamiento: 2.52 m²
Potencia requerida para la calefacción inicial:
Calentamiento de agua en el contenedor: C1M1ΔT=1 × (0.5 × 1.2 × 0.5 × 1000) × (70 - 15)=16500 Kcal
Calentamiento del contenedor en sí: C2M2ΔT=0.12 × 150 × (70 - 15)=990 Kcal
Pérdida promedio de calor de la superficie del agua: 0.6 m² × 4000 w/m² × 3 horas × 1/2 × 864/1000=3110.4 Kcal
Pérdida promedio de calor del aislamiento: 2.52 m² × 32 W/m² × 3 horas × 1/2 × 864/1000=104.5 Kcal
(Considerando un margen del 20%)
Se requiere energía de calentamiento inicial: (16500 + 990 + 3110.4 + 104.5) × 1.2=70258.8 kcal/kg grado
Potencia requerida durante la operación:
Calor requerido para calentar el agua de reabastecimiento: 20 kg/hora × (70 - 15) × 1 kcal/kg grado=1100 kcal
Pérdida de calor de la superficie del agua: 0.6 m² × 4000 w/m² × 1 hora × 864/1000=2073.6 Kcal
Pérdida de calor del aislamiento: 2.52 m² × 32 w/m² × 1 hora × 864/1000=69.67 Kcal
(Considerando un margen del 20%)
La energía de calentamiento operativo es: (1100 + 2073.6 + 69.6) × 1.2=6486.54 kcal/kg grado
El poder de calentamiento operativo es: 6486.54 ÷ 864 ÷ 1=7.5 KW
La potencia de calentamiento inicial es mayor que la potencia requerida para el funcionamiento, por lo que la potencia del calentador seleccionada debe tener al menos 27.1 kW.
La potencia final del calentador seleccionada es de 35 kW.