Rezistente si baterii de incalzire pentru aer

Date de intrare

• Debitul volumic, V̇ [m³/h], si sectiunea canalului
• Temperatura la intrare si la iesire, ΔT [K]
• Presiunea disponibila si pierderea admisa pe baterie
• Clasificarea zonei: normala sau cu pericol de explozie
• Tensiunea si numarul de trepte de reglaj acceptate

Puterea in sarcina

Pentru aer in conditii normale, cu ρ = 1,2 kg/m³ si cp = 1,005 kJ/kg·K:

P [kW] = V̇ [m³/h] · ρ · cp · ΔT / 3.600 ≈ V̇ · ΔT / 3.000

Exemplu: 2.000 m³/h incalziti cu 25 K cer 2.000 · 25 / 3.000 = 16,7 kW in sarcina. Peste 100 °C densitatea scade sensibil si relatia se corecteaza cu temperatura medie a curentului.

Bilantul termic

Puterea instalata se determina din bilantul termic al procesului, in forma uzuala in proiectarea instalatiilor de electrotermie:

Pt = (P1 + P2 + P3) · fs

• P1, incalzirea sarcinii — P1 [kW] = m [kg] · cp [kJ/kg·K] · ΔT [K] / τ [s]
• P2, schimbarea de faza, daca exista — P2 [kW] = m [kg] · r [kJ/kg] / τ [s], cu r caldura latenta de topire sau de vaporizare
• P3, pierderile prin anvelopa — P3 [W] = λ [W/m·K] · A [m²] · ΔT [K] / δ [m], cu δ grosimea izolatiei
• fs, factor de siguranta — 1,10…1,30, dupa incertitudinea datelor de intrare si dupa frecventa deschiderilor incintei

In regim tranzitoriu dimensioneaza P1 si P2; in regim stationar, P3. Cele doua regimuri se verifica separat, iar puterea instalata se ia pe cea mai mare dintre ele.

Criteriul de dimensionare: temperatura peliculei

Puterea instalata nu determina singura durata de viata a elementului. Marimea critica este temperatura peliculei de fluid in contact cu teaca:

Tteaca = Tfluid + qs / α

unde qs este densitatea superficiala de flux termic in W/m² (1 W/cm² = 104 W/m²), iar α coeficientul de transfer termic convectiv, in W/m²·K. Valori uzuale din literatura, ca ordin de marime:

Raportul dintre extremele tabelului este de ordinul 10³. Aceasta explica de ce aceeasi incarcare specifica este admisibila intr-un mediu si inacceptabila in altul, la putere instalata identica.

Rolul suprafetei extinse

Consecinta numerica a valorilor din tabel: pe tub simplu, in convectie fortata cu α ≈ 60 W/m²·K si qs = 2 W/cm², rezulta

ΔTpelicula = 20.000 / 60 = 333 K

ceea ce este inacceptabil pentru majoritatea aplicatiilor. Cu aripioare care maresc suprafata de schimb de cinci ori, densitatea raportata la suprafata exterioara scade la 0,4 W/cm² si suprasarcina peliculei la 67 K. Aceasta este functia aripioarei: nu creste puterea, scade temperatura metalului la aceeasi putere.

• Aripioara rectangulara — raport de extindere maxim la acelasi gabarit; utilizata in tubulatura si in bateriile de climatizare, uzual pana la 300–400 °C.
• Aripioara elicoidala — se curata mai usor, indicata la curenti cu praf sau scame.
• Tub simplu — temperaturi mari si camere de cuptor, din inox refractar sau Incoloy®. Acolo transferul dominant este prin radiatie, iar aripioara nu mai aduce castig.

Baterii pe tubulatura

Bateria se executa pe sectiunea canalului, rectangulara sau circulara, cu elementele grupate pe trepte de putere. Impartirea pe trepte limiteaza curentul de anclansare si permite reglajul fin; alternativ, comanda cu tiristoare in regim de unda intreaga sau cu unghi de faza.

Pierderea de presiune pe baterie se verifica impreuna cu caracteristica ventilatorului: o baterie cu pas de aripioare prea mic poate deplasa punctul de functionare si reduce debitul sub valoarea de calcul, ceea ce invalideaza dimensionarea termica.

Regimul fara debit

Este regimul de avarie dimensionant. La oprirea ventilatorului, α scade de la domeniul convectiei fortate la cel al convectiei naturale, deci cu un ordin de marime, iar temperatura tecii creste corespunzator. Masuri obligatorii:

• presostat diferential pe canal sau contact de confirmare a functionarii ventilatorului, in serie cu comanda bateriei;
• limitator de temperatura cu rearmare manuala, cu senzor in curentul de aer la iesire;
• temporizare de post-ventilare la oprire, pentru evacuarea caldurii acumulate in elemente.

Zone cu pericol de explozie

Pentru atmosfere explozive se folosesc convectoare si incalzitoare de aer in executie antideflagranta, certificate conform EN 60079. Clasa de temperatura si grupa de material se stabilesc dupa clasificarea zonei, iar documentatia de conformitate insoteste echipamentul la receptie.

Verificari si incadrare normativa

• EN 60335-1 — curent de fuga maximum 0,75 mA/kW, cu limita de 5 mA pe aparat; rigiditate dielectrica probata la 1.250 V timp de 1 min intre partile active si masa.
• EN 60529 — grad de protectie. Executie standard IP 40; IP 66 cu cutie de borne din aluminiu, pentru spalare cu jet si umiditate permanenta.
• Alimentare — 230 V monofazat la puteri mici; 3~230 V in triunghi sau 3~400 V in stea la restul. Dezechilibrul admis pe faze se verifica la impartirea pe trepte.
• Protectie la supratemperatura — termostat de lucru plus limitator independent cu rearmare manuala, cu senzor propriu, montat astfel incat sa nu citeasca aceeasi zona ca regulatorul.

Executie

Suntem importatorii Electricfor, producator spaniol din Rubi, Barcelona, cu fabricatie proprie din 1918. Bateria se executa pe sectiunea canalului, cu treptele si protectiile impuse de aplicatie. termenul de executie se confirma la oferta.

Transmite datele de intrare — debit, sectiune, ΔT, clasificarea zonei. Sau suna la 0744 986 047.

Vezi si rezistentele pentru aer si gaze si rezistentele pentru cuptoare.

Intrebari frecvente

Cum se calculeaza puterea unei baterii pe tubulatura?

P = debit volumic x densitate x caldura specifica x dT. Cu rho = 1,2 kg/m3 si cp = 1,005 kJ/kg·K la 20 °C, relatia se reduce la P [kW] = V [m3/h] x dT [K] / 3.000. Pentru aer cald de proces, peste 100 °C, densitatea scade si relatia se corecteaza cu temperatura medie.

De ce sunt necesare aripioarele?

Pentru ca alfa la aer este de ordinul 25-250 W/m2·K in convectie fortata, fata de 10^3 la apa. Pe tub simplu, o incarcare de 2 W/cm2 ar da o suprasarcina a peliculei de peste 300 K. Aripioarele maresc suprafata de schimb de cateva ori, reducand proportional densitatea raportata la suprafata exterioara.

Ce se intampla la oprirea ventilatorului?

Regimul trece din convectie fortata in convectie naturala, deci alfa scade de ordinul a zece ori. Temperatura tecii creste pana la incandescenta in regim stationar, cu risc de aprindere a depunerilor din canal. Interblocarea cu ventilatorul, prin presostat diferential sau contact de confirmare, este obligatorie.

De ce se imparte bateria pe trepte?

Din doua motive: limitarea curentului de pornire si reglajul. O baterie comandata integral produce oscilatii de temperatura in canal si solicita reteaua la fiecare anclansare. Impartirea pe trepte, sau comanda cu tiristoare in regim de unda intreaga ori unghi de faza, permite mentinerea temperaturii la iesire in limite stranse.