МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФГОУ ВПО

«Орловский государственный аграрный университет»

Методические указания для выполнения практических работ по курсу

«Электротехнология»

А.В. Виноградов

Орел 2007

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 1

Расчет мощности электротермических установок (ЭТУ)

Расчет основывается на решении уравнения теплового баланса, которое выражается уравнением:

 Qпос =  Qрас , Дж

где:

 Qпос – сумма поступающей тепловой энергии

 Qрас – сумма расходуемой тепловой энергии

Уравнение теплового баланса записывается более подробно

 Qэн + Qбо + Qэо + Qср +… = Qпол + Qвсп + … +Qпот

где:

 Qэн – тепловая энергия электрических нагревателей

 Qбо – тепловая энергия биологических объектов

 Qэо – тепловая энергия электрооборудования

 Qср – тепловая энергия солнечной радиации

 Qпол – тепловая энергия полезно расходуемая

 Qвсп – тепловая энергия затраченная на нагрев вспомогательных устройств

Qпот – тепловая энергия потерь

Каждая составляющая в уравнении энергобаланса может быть записана также более подробно, в том числе составляющие потерь.

Например, для помещения потери записываются:

 Qпом =Qо + Qг + Qа + Qин +…+ Qв + Qи , Дж

Где:

Qо – потери через ограждения (двери, окна, стены …) зависит от ориентации помещения, от скорости ветра и т.д.

Qг – потери через грунт (пол)

Qа – потери на аккумуляцию тепла полом в помещениях, грунтом в теплицах и т.д. Зависит от разности температур пола и воздуха.

Qин –потери, обусловленные инфильтрацией воздуха в помещениях

Qв – потери тепла с вентиляционным воздухом, зависит от кратности воздухообмена, температуры воздуха и т. д.

Qи – расход тепла на испарение влаги (особенно в теплицах)

Расчет мощности ЭТУ

При нагреве, испарении или плавлении материалов общий вид уравнения теплового баланса следующий:

Qпотр = Qпол + Qт + Qэ Дж

Где:

Qпотр – энергия потребляемая из сети

Qпол – полезно используемая энергия

 Qт – сумма тепловых потерь в окружающую среду на нагрев конструкций, тары.

 Qэ – потери энергии в электрических элементах (трансформаторах, преобразователях, цепях управления)

Аналогично тепловому выглядит баланс потоков мощностей:

Рпотр = Фпол +Фт + Рэ Вт

Где:

Рпотр – потребляемая из сети эл. мощность

Фпол – полная тепловая мощность

Фт – тепловая мощность потерь

Рэ – эл. мощность потерь

При этом:

Фт = Фо + Фк

Где:

Фо – тепловой поток потерь через ограждения

Фк – тепловой поток на нагрев конструкций, тары

Практическая работа 1 Расчет полезной мощности для эту Периодического и непрерывного действия

Расчет для установок периодического действия производится с учетом времени, за которое необходимо произвести нагрев и теплоемкости материала. При этом определяется полезная мощность, которую необходимо затратить. Полная мощность рассчитывается затем с учетом КПД установки.

А) При нагреве материалов:

Фпол = Вт.

Б) При испарении материалов

Фпол = Вт.

Где:

q_и – удельная теплота испарения.

В) Нагрев и испарение смеси материалов

Фпол = - нагрев смеси

Фпол = - испарение смеси

Г) При плавлении материалов

Фпол =

В указанных формулах:

m – масса, кг

с – удельная теплоемкость материала, кДж/кг*К

m_i – масса для i – того компонента смеси, кг

- конечная и начальная температура, К или °С

- температура испарения, плавления, К или °С

- удельная теплота испарения и плавления материалов соответственно;

t – время, с.

Расчет мощности эту непрерывного действия

Расчет производят по изменению энтальпии нагреваемого материала:

Фпол = Вт

где:

m_t – производительность установки по массе кг/с

h₂, h₁- конечное и начальное, соответственно, теплосодержание (энтальпия) материала Дж/кг

Если в процессе нагрева удельная теплоемкость изменяется мало, то как и в случае ЭТУ прерывистого действия расчет ведут не по изменению энтальпии, а по изменению температуры материала от tнач до tкон.

Например при нагреве

Фпол = , Вт

При испарении (паровой котел)

Фпол = Вт

При плавлении

Фпол = Вт

Температурные режимы некоторых с/х тепловых процессов

Нагрев воды:

Для отопления – 70 –95

Для мойки молочного оборудования – 55 – 65

Для поения животных –12 –15

Для полива растений – 20 – 25

Для пастеризации молока – 65 длительная

71 – кратковременная

85 – высокотемпературная

Отопление:

Животноводческих помещений – 8 – 20

Птицеводческих помещений – 16 – 35

Теплиц и парников – 20 – 30

Подогрев воздуха для интенсивного вентилирования С/Х продукции – 10 – 35

Обогрев полов животноводческих и птицеводческих помещений –14 – 36

Обогрев почвы парников и теплиц –18 – 25

Практическая работа 2 Расчет тепловых потерь

1) Тепловая энергия, расходуемая на нагрев конструкции ЭТУ (Фк) определяется:

Фк= Вт

2) Потери в окружающую среду. В общем случае они связаны с тремя способами передачи теплоты:

1. конвекцией;

2. теплопроводностью;

3. излучением.

Для многих практических задач при поток мощности определяется следующим образом:

Фо =

Rвн=

Rнар=

Используя приведенные формулы можно определить теплопотери помещений, печей, с плоскими поверхностями и т.п.

Коэффициент конвективной теплоотдачи  на границе стенка – воздух находится в пределах = 4 - 15 для диапазона температур тепловых С/Х процессов.

Для определения  предложено большое число формул, базирующихся на экспериментальных данных.

Например:

1. Для вертикальных стенок и труб = 3,26· ,

2. Для горизонтальных поверхностей, обращенных теплоотдающей поверхностью вверх = 2,55· ,

3. Для горизонтальных поверхностей, обращенных теплоотдающей поверхностью вниз = 1,63· , ;

4. Для принудительной конвекции  зависит главным образом от скорости движения среды.

При принудительном движении воздуха вдоль стенки скорости

W 5 м/с

=7,12

Потери энергии в электрических элементах ЭТУ составляют от 3-х до 8 % номинальной мощности.

В высокочастотных установках индукционного и диэлектрического нагрева эти потери могут достигать 25 – 50 %