Расчет времени нагрева трубы греющим кабелем
Здравствуйте,
коллеги подскажите пожалуйста; у меня такая задача: нужно посчитать время за которое греющий кабель нагреет трубу до заданной температуры. Известно, диаметр трубы и ее теплоизоляция, марка стали. Температура окружающей среды и температура до которой нужно нагреть трубу. Марка греющего кабеля и какое кол-во тепла он выделяет на метр.
Обрисую ситуацию, импульсная трубка ДУ14х2 в теплоизоляции ПСХ-Т-450 толщиной 30,8, длина трубки 10 метров. Температура поддержания +5 — +10 градусов. Задача, посчитать за какое время греющий кабель с тепловыделением 170 Вт нагреет эту трубку, например при температуре от -20 до +5.
Или если это очень трудоемко подсчитать то подскажите в каком направлении читать? это вообще какое направление науки и техники, тепломассообмен какой или что?
Просмотров: 13088
| Geniy_Dzydo |
| Посмотреть профиль |
| Найти ещё сообщения от Geniy_Dzydo |
Регистрация: 14.12.2009
Сообщений: 2,326
Сообщение от Geniy_Dzydo
за какое время греющий кабель с тепловыделением 170 Вт нагреет эту трубку, например при температуре от -20 до +5
А зачем греющему кабелю греть эту трубку от -20 до +5 град?
Система, управляющая греющим кабелем, должна подавать питание на этот кабель при температуре +5 град. и далее поддерживать эту температуру в заданных пределах. Зачем охлаждать трубку до -20 град., а затем греть ее до +5.
__________________
Любой вопрос порождает новые вопросы
Регистрация: 26.12.2011
Сообщений: 322
Сообщение от Валериан
Зачем охлаждать трубку до -20 град., а затем греть ее до +5.
да понятно что это незачем, и скорее всего такой исход событий невозможен. Меня просто интересует принцип расчета, наверняка же должна быть методика такая, которая позволяла бы это просчитать, т.е. и при +5 и при — 20.
Валериан, если вы сталкивались с электрообогревом, хотя наверно это уже следует обсуждать не в этой ветке форума, спрошу у вас следующее. У греющего кабеля есть пусковой ток, приблизительно больший в два раза чем обычный, ну хотя его пусковым то как то не корректно называть, потому что он длится больше чем обычный пусковой ток двигателя например. .т.е. это как бы просто рабочий ток в какой то первый период времени работы греющего кабеля. например автомат на 25 ампер, пусковой ток например 32, при характеристике С автомата он сработает где то через 50 секунд. При условии что кабель так и будет потреблять такой ток, но он же будет со временем потреблять все меньше и меньше, так вот я и хочу посчитать что например через 20 секунд он уже потребляет не 32 А а уже сколько то меньше и к моменту времени срабатывания автомата уже этого тока в кабеле нет. ну вот как то так.
пусть это будет даже не греющий кабель, а , ну вода например, почитать хоть что посоветуйте.
| Geniy_Dzydo |
| Посмотреть профиль |
| Найти ещё сообщения от Geniy_Dzydo |
Регистрация: 14.12.2009
Сообщений: 2,326
Время прогрева самого кабеля и время прогрева трубы будут разные по причинам процесса теплопередачи от кабеля к трубе.
Автомат для защиты греющего кабеля необходимо выбирать по его пусковому току
__________________
Любой вопрос порождает новые вопросы
Регистрация: 14.05.2013
Санкт-Петербург
Сообщений: 347
Интересная задачка нестационарного теплообмена. Я бы решал в квазистационарной постановке методом конечных разностей, а то шибко много переменных. Тут ещё важно, какая точность нужна: если просто прикинуть, то можно просто теплоёмкость трубы на мощность кабеля поделить, а если точнее — то придётся теплообмен учесть и со стороны окружающей среды, и по поверхностям контакта, и внутри (что там налито?).
Для начала можно почитать Исаченко «Теплопередача».
Регистрация: 14.06.2010
Сообщений: 1,045
Есть теплоемкость стали трубы. Берём массу стали (в кг) одного метра трубы умножаем на теплоемкость и умножаем на разницу температур (+5 —20=25). В итоге у нас получилось допустим 340 вт (надо калл теплоемкости перевести в ваты), это означает, что кабель170 вт прогреет нашу трубу за два часа.
Последний раз редактировалось gofra, 10.03.2015 в 15:07 .
Регистрация: 22.10.2010
Сообщений: 7,816
У стали мизерная теплоемкость. Греть придется воду. Именно чтобы она не замерзла эти трубки и греют. Или там суг какой-нибудь? Еще придется нагреть внутренний слой теплоизоляции.
Примерную методику для первой итерации сообщением выше уже сказали.
—— добавлено через ~3 мин. ——
Странные времена, то Валериан вентиляцию считал, то Geniy_Dzydo рассчитывает время нагрева трубы с водой. Куда сантехников подевали? Это их работа.
Как работает греющий кабель?
Саморегулирующийся кабель имеет в основе полимерную матрицу, способную менять сопротивление в зависимости от окружающей температуры. Выше температура – меньше линейная мощность кабеля. Таким образом саморегулирующийся кабель контролирует тепловыделение на любом участке длины. Бытовой саморегулирующийся кабель – низкотемпературный, максимальная рабочая температура (при +10°С) это 65°С, то есть при +10°С включенный в сеть греющий кабель способен нагреться до 65°С. Максимальная температура воздействия (та температура внешней среды, при которой кабель сохраняет свои свойства) – 85°С, это имеет значение при обогреве кровли, где в летнее время кровля может разогреваться от солнечных лучей.
Кабель, включенный в сеть стремится к разогреву до 65°С, при положительной температуре он снижает мощность и сокращает энергопотребление. Но подключенный кабель работает, хоть и минимально постоянно. Просто при положительных температурах мощность тепловыделение незначительно. Поэтому любую систему обогрева экономичней подключать через простейшее устройство типа СМП10, которое будет полностью отключать обогрев при +5°С например. Но удобство греющего кабеля заключается в том, что он исключает локальный перегрев, сам регулирует свою температуру в рамках заданного диапазона (что гораздо экономичней, чем при использовании, например, резистивного кабеля).
Таким образом – вручную его нужно отключать только в теплый период, в остальное время он может работать без вмешательства человека.
До какой температуры может нагреться саморегулирующийся кабель?
В данное время для обогрева технологических объектов (трубопроводов, резервуаров, бункеров) на промышленных предприятиях широко используются кабельные системы электрообогрева. В системах обогрева используются нагревательные кабели постоянного сопротивления и мощности (резистивные) и кабели переменного сопротивления (саморегулирующиеся) кабели.
В данной стать более детально рассмотрим саморегулирующиеся нагревательные кабели. Они являются наиболее быстроразвивающимися и популярными источниками тепловой энергии.
Корректная работа систем электрообогрева промышленных объектов в общей инфраструктуре предприятия очень важна. От правильной и бесперебойной работы обогрева зависит функционирование всего предприятия в целом.
Задачи, которые возможно решить с помощью электрообогрева очень разнообразы. Наиболее часто встречающиеся: защита от замерзания продукта, поддержание технологической температуры с целью уменьшения вязкости вещества, препятствования кристаллизации, повышение температуры продукта за определенное время (разогрев).
Особенности конструкции саморегулирующихся греющих кабелей
Важнейшим шагом в развитии систем электрообогрева стало изобретение и запуск в производство нагревательных кабелей на основании эффекта саморегуляции. Это изобретение было сделано в ходе изучения свойств проводящих угленаполненных пластмасс.
Саморегулирующиеся кабели наиболее часто изготавливаются овальной формы и имеют стандартную конструкцию: две токопроводящие жилы, покрытые слоем полупроводящего, наполненного углеродом полимера , так называемой матрицей. Сверху матрица покрывается электрической изоляцией, экранирующей оплеткой и защитной оболочкой.
Полупроводящую матрицу можно изобразить в виде очень большого числа сопротивлений, которые подключены к параллельно проводящим жилам. При подаче напряжения на токопроводящие жилы в полупроводящей матрице возникает ток, вызывающий выделение тепла. За счет выделения тепла материал матрицы расширяется и контактные связи между отдельными частицами углерода нарушаются. Сопротивление матрицы растет и ток уменьшается. Через некоторое время ток и температура стабилизируются. Сопротивление матрицы, приведенное к одному метру кабеля, обычно составляет несколько сот Ом.
До какой температуры может нагреться саморегулирующийся нагревательный кабель?
Саморегулирующийся нагревательный кабель разделяют на три группы:
Низкотемпературные нагревательные кабели
Среднетемпературные нагревательные кабели
Высокотемпературные нагревательные кабели
Температура, до которой может нагреться кабель во включенном состоянии
+65°С
+80°С
+120°С
Температура, которую выдерживает кабель в выключенном состоянии
+80°С
+100°С
+210°С
Марка кабеля
Максимальная температура нагрева саморегулирующихся кабелей
С появлением саморегулирующихся греющих кабелей такие проблемы, как перемерзший водопровод, канализация, обледеневшая кровля, парковка или игровая, стало намного проще решать. Это связано с тем, что подобная продукция создана для монтажа различных систем обогрева как снаружи, так и внутри помещений, например, они активно используются при создании теплых полов.
Производители предлагают большое количество вариантов, подходящих для решения различных задач. Чтобы не затеряться во всем многообразии, важно учитывать довольно много характеристик и, в первую очередь, обращать внимание на то, какую температуру поддерживает греющий кабель. В зависимости от конкретной модели и производителя этот показатель может доходить до значения +100 0 С и более градусов. При этом самым востребованным на рынке вариантом являются саморегулирующие кабели, поддерживающие +65 0 С, поскольку это оптимальное значение, подходящее для решения как бытовых, так и промышленных задач.
В целом вся продукция подразделяется на следующие 3 группы, характеристики которых и определяют возможность эксплуатации в тех или иных условиях:
- Низкотемпературные, во включенном состоянии нагревающиеся до +65 0 С, способные при этом выдерживать температуру до +80 0 С.